JP2021089180A - Target detection device and target detection method - Google Patents

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Abstract

To provide a target detection device and a target detection method, allowing for detection of a target by simple constitution.SOLUTION: A target detector 1 comprises: a transmit array 11 having a plurality of transmit elements 11a; and a signal generation unit 111 generating a plurality of sets of electric signals including a first set of electric signals and a second set of electric signals differing from the first set, in such a way that phases are different for each set. The plurality of transmit elements 11a are grouped in accordance with a plurality of group constitutions including a first and a second group constitution. In the first group constitution, the transmit elements 11a are grouped into a plurality of groups, each of which includes n transmit elements 11a, and in the second group constitution, the transmit elements 11a are grouped into a plurality of groups, each of which includes m transmit elements 11a, the m being different from the n. The first and second sets of electric signals are input to each group of the first and second group constitutions, respectively.SELECTED DRAWING: Figure 11

Description

本発明は、送信波を送波し、その反射波に基づいて、物標を検出する物標検出装置および物標検出方法に関する。 The present invention relates to a target detection device and a target detection method that transmit a transmitted wave and detect a target based on the reflected wave.

従来、送信波を送波し、その反射波に基づいて、物標を検出する物標検出装置が知られている。この種の物標検出装置では、探知対象の角度範囲における物標の位置を検出するために、当該角度範囲における反射波の到来方向を特定する必要がある。その方法として、たとえば、送信波の波長の半分以上のピッチで複数の送波素子が配置された送波アレイを用いることができる。このように送波素子のピッチを調整することにより、グレーティングローブが生成される。グレーティングローブは、送波アレイの正面方向に対して所定角度だけ傾いた方向に生じる。送波素子のピッチを調整することにより、グレーティングローブの送波方向を調整できる。したがって、グレーティングローブを送信波として用いる場合、送波素子のピッチにより、送信波の送波方向を特定でき、結果、反射波の到来方向を特定できる。 Conventionally, a target detection device that transmits a transmitted wave and detects a target based on the reflected wave is known. In this type of target detection device, in order to detect the position of the target in the angle range of the detection target, it is necessary to specify the arrival direction of the reflected wave in the angle range. As a method for this, for example, a wave transmitting array in which a plurality of transmitting elements are arranged at a pitch of half or more the wavelength of the transmitted wave can be used. By adjusting the pitch of the wave transmitting element in this way, a grating lobe is generated. The grating lobe is generated in a direction tilted by a predetermined angle with respect to the front direction of the wave transmission array. By adjusting the pitch of the wave transmitting element, the wave transmitting direction of the grating lobe can be adjusted. Therefore, when the grating lobe is used as the transmission wave, the transmission direction of the transmission wave can be specified by the pitch of the transmission element, and as a result, the arrival direction of the reflected wave can be specified.

探知対象の角度範囲をグレーティングローブによりカバーする方法として、上記構成の送波アレイを角度方向に向きを変えて複数配置する方法を用いることができる。この構成では、たとえば、各送波アレイにより、送波方向が異なる2つの送信ビームが生成される。1つの送波アレイから送波される2つの送信ビームの間の隙間を、他の送波アレイから送波される送信ビームが埋めるように、各送波アレイが配置される。これにより、各送波アレイと、探知対象の角度範囲内における送波方向とが対応付けられる。よって、どの送波アレイにより送波がなされたかにより、反射波の受波方向が特定され得る。 As a method of covering the angular range of the detection target with a grating lobe, a method of arranging a plurality of transmission arrays having the above configuration by changing their orientations in the angular direction can be used. In this configuration, for example, each transmission array produces two transmission beams with different transmission directions. Each transmission array is arranged so that the transmission beam transmitted from another transmission array fills the gap between the two transmission beams transmitted from one transmission array. As a result, each transmission array is associated with the transmission direction within the angle range of the detection target. Therefore, the receiving direction of the reflected wave can be specified depending on which transmission array is used to transmit the wave.

特許文献1には、この種の物標検出装置が開示されている。 Patent Document 1 discloses this type of target detection device.

米国特許出願公開第2018/0100922号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2018/0100922

上記構成の物標検出装置では、複数の送波アレイを用いるため、物標検出装置の構成が複雑化し、また、コストの上昇を招く。 Since the target detection device having the above configuration uses a plurality of wave transmission arrays, the configuration of the target detection device becomes complicated and the cost increases.

かかる課題に鑑み、本発明は、簡易な構成により物標を検出することが可能な物標検出装置および物標検出方法を提供することを目的とする。 In view of such a problem, an object of the present invention is to provide a target detection device and a target detection method capable of detecting a target with a simple configuration.

本発明の第1の態様は、物標検出装置に関する。この態様に係る物標検出装置は、電気信号を送信波に変換する複数の送波素子を有する送波アレイと、電気信号の第1の組および前記第1の組と異なる電気信号の第2の組とを含む複数の組の電気信号を、前記組ごとに位相の設定を相違させて生成する信号生成部と、を備える。物標検出装置は、前記複数の送波素子を、第1のグループ構成および第2のグループ構成を含む複数のグループ構成に従ってグループ化し、前記第1のグループ構成では、n個の前記送波素子をそれぞれ有する複数のグループに前記複数の送波素子をグループ化し、前記第2のグループ構成では、前記n個とは異なるm個の前記送波素子をそれぞれ有する複数のグループに前記複数の送波素子をグループ化する。そして、前記第1のグループ構成の各グループに、前記第1の組の電気信号を入力し、前記第2のグループ構成の各グループに、前記第2の組の電気信号を入力する。 The first aspect of the present invention relates to a target detection device. The target detection device according to this aspect includes a transmission array having a plurality of transmission elements for converting an electric signal into a transmission wave, a first set of electric signals, and a second set of electric signals different from the first set. It is provided with a signal generation unit that generates a plurality of sets of electric signals including the set of the above with different phase settings for each set. The target detection device groups the plurality of wave-transmitting elements according to a plurality of group configurations including a first group configuration and a second group configuration, and in the first group configuration, n of the wave-transmitting elements. The plurality of transmitting elements are grouped into a plurality of groups each having, and in the second group configuration, the plurality of transmitting elements are grouped into a plurality of groups each having m different transmitting elements different from the n elements. Group the elements. Then, the electric signals of the first set are input to each group of the first group configuration, and the electric signals of the second set are input to each group of the second group configuration.

第1の態様に係る物標検出装置によれば、第1グループ構成に従ってグループ化された送波素子から送波されるグレーティングローブと、第2グループ構成に従ってグループ化された送波素子から送波されるグレーティングローブとの間で、送波方向を相違させることができる。よって、1つの送波アレイにより、送波方向が異なる複数の送信ビーム(グレーティングローブ)を送波させることができる。したがって、簡易な構成により円滑に物標を検出することができる。 According to the target detection device according to the first aspect, the grating lobe transmitted from the wave transmitting elements grouped according to the first group configuration and the wave transmitted from the transmitting elements grouped according to the second group configuration. The direction of wave transmission can be different from that of the grating lobe. Therefore, one transmission array can transmit a plurality of transmission beams (grating lobes) having different transmission directions. Therefore, the target can be detected smoothly with a simple configuration.

第1の態様に係る物標検出装置において、前記信号生成部は、前記電気信号間の位相シフトが等しい前記第1の組の電気信号を生成し、前記電気信号間の位相シフトが等しい前記第2の組の電気信号を生成するよう構成され得る。 In the target detection device according to the first aspect, the signal generation unit generates the first set of electric signals having the same phase shift between the electric signals, and the first set of electric signals having the same phase shift between the electric signals. It may be configured to generate two sets of electrical signals.

また、前記第1のグループ構成に用いられる前記複数の送波素子と、前記第2のグループ構成に用いられる前記複数の送波素子とが、同じとされ得る。 Further, the plurality of transmitting elements used in the first group configuration and the plurality of transmitting elements used in the second group configuration may be the same.

この構成によれば、共通の送波素子が第1のグループ構成および第2のグループ構成に用いられるため、第1のグループ構成および第2のグループ構成ごとに送波素子を準備する必要がない。よって、送波アレイの構成を簡素化でき、コストの低減を図ることができる。 According to this configuration, since a common transmitting element is used for the first group configuration and the second group configuration, it is not necessary to prepare a transmitting element for each of the first group configuration and the second group configuration. .. Therefore, the configuration of the wave transmission array can be simplified and the cost can be reduced.

また、前記複数の送波素子は、等間隔で配置されることが好ましい。 Further, it is preferable that the plurality of wave transmitting elements are arranged at equal intervals.

このように、送波素子の間隔を一定にすることにより、たとえば、第1の組および第2の組の電気信号の位相を調整することにより、所定の送波方向に円滑にグレーティングローブを出現させることができる。 In this way, by making the spacing between the wave transmitting elements constant, for example, by adjusting the phases of the electric signals of the first set and the second set, the grating lobe appears smoothly in the predetermined wave transmitting direction. Can be made to.

第1の態様に係る物標検出装置において、前記nは、前記第1の組の電気信号の数の倍数とされ得る。 In the target detection device according to the first aspect, the n can be a multiple of the number of the electric signals of the first set.

また、前記mは、前記第2の組の電気信号の数の倍数とされ得る。 Further, the m can be a multiple of the number of the electric signals of the second set.

第1の態様に係る物標検出装置は、前記第1の組の電気信号と前記第2の組の電気信号とを重畳し、重畳した電気信号を前記複数の送波素子に入力する重畳回路をさらに備え得る。 The target detection device according to the first aspect is a superimposition circuit that superimposes the first set of electric signals and the second set of electric signals and inputs the superposed electric signals to the plurality of transmitting elements. Can be further prepared.

この構成によれば、第1の組の電気信号に基づくグレーティングローブと、第2の組の電気信号に基づくグレーティングローブとを同時に送波させることができる。よって、探知領域に対する物標の検出を迅速に行うことができる。 According to this configuration, the grating lobe based on the first set of electric signals and the grating lobe based on the second set of electric signals can be simultaneously transmitted. Therefore, it is possible to quickly detect a target in the detection area.

あるいは、第1の態様に係る物標検出装置は、前記第1の組の電気信号と前記第2の組の電気信号とが入力され、まず、前記第1の組の電気信号を前記送波アレイに出力し、次に、前記第2の組の電気信号を前記送波アレイに出力する切替回路をさらに備えてもよい。 Alternatively, in the target detection device according to the first aspect, the first set of electric signals and the second set of electric signals are input, and first, the first set of electric signals is transmitted. A switching circuit that outputs to the array and then outputs the second set of electrical signals to the wave transmission array may be further provided.

この構成によれば、第1の組の電気信号に基づくグレーティングローブと、第2の組の電気信号に基づくグレーティングローブとを時分割で送波することができる。 According to this configuration, the grating lobe based on the first set of electric signals and the grating lobe based on the second set of electric signals can be transmitted in a time-division manner.

第1の態様に係る物標検出装置において、前記第1の組の電気信号の周波数と前記第2の組の電気信号の周波数は、異なることが好ましい。 In the target detection device according to the first aspect, it is preferable that the frequencies of the first set of electric signals and the frequencies of the second set of electric signals are different.

この構成によれば、第1の組の電気信号のグレーティングローブに基づく受信信号と、第2の組の電気信号のグレーティングローブに基づく受信信号とを、周波数により、抽出できる。よって、たとえば、これら2つのグレーティングローブが同時に送波された場合でも、各グレーティングローブに基づく受信信号を、適切に抽出でき、各グレーティグローブの方向に存在する物標を円滑に検知できる。 According to this configuration, the received signal based on the grating lobe of the first set of electric signals and the received signal based on the grating lobe of the second set of electric signals can be extracted by frequency. Therefore, for example, even when these two grating lobes are transmitted at the same time, the received signal based on each grating lobe can be appropriately extracted, and the target existing in the direction of each grating globe can be smoothly detected.

第1の態様に係る物標検出装置において、前記信号生成部は、前記第1の組の電気信号および前記第2の組の電気信号の周波数を変化させるよう構成され得る。 In the target detection device according to the first aspect, the signal generation unit may be configured to change the frequencies of the first set of electrical signals and the second set of electrical signals.

この構成によれば、周波数を変化させることにより、第1の組の電気信号および第2の組の電気信号にそれぞれ基づくグレーティングローブの送波方向を変化させることができる。これにより、これらグレーティングローブによって、それぞれ、所定の角度範囲を走査することができ、物標の探知範囲を広げることができる。 According to this configuration, by changing the frequency, the transmission direction of the grating lobe based on the first set of electric signals and the second set of electric signals can be changed. Thereby, each of these grating lobes can scan a predetermined angle range, and the detection range of the target can be expanded.

第1の態様に係る物標検出装置は、物標における前記送信波の反射により生じる反射波を受波して前記反射波を受信信号に変換する少なくとも1つの受波素子を含む受波アレイをさらに備え得る。 The target detection device according to the first aspect includes a receiving array including at least one receiving element that receives the reflected wave generated by the reflection of the transmitted wave on the target and converts the reflected wave into a received signal. Further prepared.

この場合、物標検出装置は、前記受信信号を処理する受信信号処理部をさらに備え、前記受信信号処理部は、前記受信信号の周波数成分に基づいて、当該周波数に対応する前記反射波に基づく等周波数受信信号を抽出するよう構成され得る。 In this case, the target detection device further includes a received signal processing unit that processes the received signal, and the received signal processing unit is based on the reflected wave corresponding to the frequency based on the frequency component of the received signal. It may be configured to extract isofrequency received signals.

この構成によれば、送波に用いる電気信号の周波数と同じ周波数の信号を受信信号から抽出することにより、送波アレイから送波された各グレーティングローブに基づく受信信号を取得できる。よって、受信信号に基づき、物標を適正に検知できる。 According to this configuration, by extracting a signal having the same frequency as the frequency of the electric signal used for transmission from the reception signal, it is possible to acquire a reception signal based on each grating lobe transmitted from the transmission array. Therefore, the target can be properly detected based on the received signal.

この場合、前記受信信号処理部は、互いに異なる周波数でそれぞれ抽出される複数の周波数成分を前記受信信号から抽出することにより、各周波数に対応する前記等周波数受信信号を取得するよう構成され得る。 In this case, the received signal processing unit may be configured to acquire the isofrequency received signal corresponding to each frequency by extracting a plurality of frequency components extracted at different frequencies from the received signal.

あるいは、前記受信信号処理部は、前記受信信号の周波数スペクトルを算出し、前記周波数スペクトルに基づいて、各周波数に対応する前記等周波数受信信号を取得するよう構成され得る。 Alternatively, the received signal processing unit may be configured to calculate the frequency spectrum of the received signal and acquire the isofrequency received signal corresponding to each frequency based on the frequency spectrum.

第1の態様に係る物標検出装置において、前記受波アレイは、複数の受波素子を含み、前記受信信号処理部は、前記各受波素子から生じる受信信号に基づいてビームフォーミングを実行し、前記ビームフォーミングに基づいて、前記物標からの前記反射波の到来方向を算出するよう構成され得る。 In the target detection device according to the first aspect, the receiving array includes a plurality of receiving elements, and the received signal processing unit executes beamforming based on the received signal generated from each receiving element. , The beamforming may be configured to calculate the direction of arrival of the reflected wave from the target.

第1の態様に係る物標検出装置において、前記受波アレイは、複数の受波素子を含み、前記受波アレイは、前記送波アレイと異なり、前記各受波素子から生じる受信信号に基づいて生成される受信ビームが、前記送波アレイにより生成される送信ビームと交差するよう構成され得る。 In the target detection device according to the first aspect, the receiving array includes a plurality of receiving elements, and the receiving array is different from the transmitting array and is based on a received signal generated from each receiving element. The received beam generated by the above wave can be configured to intersect the transmitted beam generated by the wave transmitting array.

この構成によれば、受信ビームと送信ビーム(グレーティングローブ)とが交差する範囲において、反射波の強度に基づく強度データの分布を算出できる。よって、ビームフォーミングにより受信ビームの指向方向を検知範囲内で変化させることにより、検知範囲に3次元状に分布する反射波の強度データを構成できる。 According to this configuration, the distribution of intensity data based on the intensity of the reflected wave can be calculated in the range where the received beam and the transmitted beam (grating lobe) intersect. Therefore, by changing the directivity direction of the received beam within the detection range by beamforming, it is possible to construct the intensity data of the reflected wave distributed three-dimensionally in the detection range.

第1の態様に係る物標検出装置は、たとえば、水中の物標を検出するソナーである。 The target detection device according to the first aspect is, for example, a sonar that detects a target in water.

あるいは、第1の態様に係る物標検出装置は、空中の物標を検出するレーダであってもよい。 Alternatively, the target detection device according to the first aspect may be a radar that detects a target in the air.

本発明の第2の態様は、物標検出方法に関する。この態様に係る物標検出方法では、前記送信波の送波のために前記送波アレイが、前記複数の送波素子が第1のグループ構成および第2のグループ構成を含む複数のグループ構成に従ってグループ化される。ここで、前記第1のグループ構成では、n個の前記送波素子をそれぞれ有する複数のグループに前記複数の送波素子がグループ化され、前記第2のグループ構成では、前記n個とは異なるm個の前記送波素子をそれぞれ有する複数のグループに前記複数の送波素子がグループ化される。そして、物標検出方法は、電気信号の第1の組および前記第1の組と異なる電気信号の第2の組とを含む複数の組の電気信号を、前記組ごとに位相の設定を相違させて生成し、前記第1のグループ構成の各グループに、前記第1の組の電気信号を入力し、前記第2のグループ構成の各グループに、前記第2の組の電気信号を入力する。 A second aspect of the present invention relates to a target detection method. In the target detection method according to this aspect, the transmission array is subjected to a plurality of group configurations in which the plurality of transmitting elements include a first group configuration and a second group configuration for transmitting the transmitted wave. Grouped. Here, in the first group configuration, the plurality of transmitting elements are grouped into a plurality of groups each having n said transmitting elements, and in the second group configuration, the number is different from the n elements. The plurality of transmitter elements are grouped into a plurality of groups each having m of the transmitter elements. Then, in the target detection method, a plurality of sets of electric signals including a first set of electric signals and a second set of electric signals different from the first set are set in different phases for each set. The electric signals of the first set are input to each group of the first group configuration, and the electric signals of the second set are input to each group of the second group configuration. ..

第2の態様に係る物標検出方法によれば、上記第1の態様と同様、1つの送波アレイにより、送波方向が異なる複数の送信ビーム(グレーティングローブ)を送波させることができる。したがって、簡易な構成により円滑に物標を検出することができる。 According to the target detection method according to the second aspect, as in the first aspect, a plurality of transmission beams (grating lobes) having different transmission directions can be transmitted by one transmission array. Therefore, the target can be detected smoothly with a simple configuration.

以上のとおり、本発明によれば、簡易な構成により物標を検出することが可能な物標検出装置および物標検出方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a target detection device and a target detection method capable of detecting a target with a simple configuration.

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。 The effects or significance of the present invention will be further clarified by the description of the embodiments shown below. However, the embodiments shown below are merely examples when the present invention is put into practice, and the present invention is not limited to those described in the following embodiments.

図1は、参考例に係る、送波系の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a wave transmission system according to a reference example. 図2は、実施形態に係る、送波系の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a wave transmission system according to an embodiment. 図3(a)は、実施形態に係る、位相調整回路の構成を示す図である。図3(b)は、実施形態に係る、重畳回路の構成を示す図である。FIG. 3A is a diagram showing a configuration of a phase adjustment circuit according to an embodiment. FIG. 3B is a diagram showing a configuration of a superimposition circuit according to the embodiment. 図4(a)は、実施形態に係る、第1のグループ構成に従った各グループの送波素子に第1の組の電気信号を印加した場合のグレーティングローブの出現形態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。図4(b)は、実施形態に係る、第1のグループ構成に従った各グループの送波素子に第1の組の電気信号を印加した場合のグレーティングローブの出現形態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。FIG. 4A is a simulation obtained by simulation of the appearance form of the grating lobe when the first set of electric signals is applied to the transmitting elements of each group according to the first group configuration according to the embodiment. The result. FIG. 4B is a simulation obtained by simulation of the appearance form of the grating lobe when the first set of electric signals is applied to the transmitting elements of each group according to the first group configuration according to the embodiment. The result. 図5(a)は、実施形態に係る、第1のグループ構成に従った各グループの送波素子に第1の組の電気信号を印加した場合のグレーティングローブの出現形態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。図5(b)は、実施形態に係る、第1のグループ構成に従った各グループの送波素子に第1の組の電気信号を印加した場合のグレーティングローブの出現形態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。FIG. 5A is a simulation obtained by simulation of the appearance form of the grating lobe when the first set of electric signals is applied to the transmitting elements of each group according to the first group configuration according to the embodiment. The result. FIG. 5B is a simulation obtained by simulation of the appearance form of the grating lobe when the first set of electric signals is applied to the transmitting elements of each group according to the first group configuration according to the embodiment. The result. 図6(a)は、実施形態に係る、第1のグループ構成に従った各グループの送波素子に第1の組の電気信号を印加した場合のグレーティングローブの出現形態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。図6(b)は、実施形態に係る、第1のグループ構成に従った各グループの送波素子に第1の組の電気信号を印加した場合のグレーティングローブの出現形態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。図6(c)は、実施形態に係る、第1のグループ構成に従った各グループの送波素子に第1の組の電気信号を印加した場合のグレーティングローブの出現形態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。FIG. 6A is a simulation obtained by simulation of the appearance form of the grating lobe when the first set of electric signals is applied to the transmitting elements of each group according to the first group configuration according to the embodiment. The result. FIG. 6B is a simulation obtained by simulation of the appearance form of the grating lobe when the first set of electric signals is applied to the transmitting elements of each group according to the first group configuration according to the embodiment. The result. FIG. 6C is a simulation obtained by simulation of the appearance form of the grating lobe when the first set of electric signals is applied to the transmitting elements of each group according to the first group configuration according to the embodiment. The result. 図7(a)は、実施形態に係る、第2のグループ構成に従った各グループの送波素子に第2の組の電気信号を印加した場合のグレーティングローブの出現形態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。図7(b)は、実施形態に係る、第2のグループ構成に従った各グループの送波素子に第2の組の電気信号を印加した場合のグレーティングローブの出現形態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。FIG. 7A is a simulation obtained by simulation of the appearance form of the grating lobe when the second set of electric signals is applied to the transmitting elements of each group according to the second group configuration according to the embodiment. The result. FIG. 7B is a simulation obtained by simulation of the appearance form of the grating lobe when the second set of electric signals is applied to the transmitting elements of each group according to the second group configuration according to the embodiment. The result. 図8(a)は、実施形態に係る、第2のグループ構成に従った各グループの送波素子に第2の組の電気信号を印加した場合のグレーティングローブの出現形態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。図8(b)は、実施形態に係る、第2のグループ構成に従った各グループの送波素子に第2の組の電気信号を印加した場合のグレーティングローブの出現形態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。FIG. 8A is a simulation obtained by simulation of the appearance form of the grating lobe when the second set of electric signals is applied to the transmitting elements of each group according to the second group configuration according to the embodiment. The result. FIG. 8B is a simulation obtained by simulation of the appearance form of the grating lobe when the second set of electric signals is applied to the transmitting elements of each group according to the second group configuration according to the embodiment. The result. 図9は、実施形態に係る、2つの送信ビームの送波形態を模式的に示す図である。FIG. 9 is a diagram schematically showing a wave transmission mode of the two transmission beams according to the embodiment. 図10は、実施形態に係る、送受波系の構成例を模式的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration example of a transmission / reception system according to an embodiment. 図11は、実施形態に係る、物標検出装置1の具体的構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a specific configuration of the target detection device 1 according to the embodiment. 図12(a)は、実施形態に係る、受信信号処理部123の構成例を示す機能ブロック図である。図12(b)は、実施形態に係る、受信信号処理部123の他の構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 12A is a functional block diagram showing a configuration example of the received signal processing unit 123 according to the embodiment. FIG. 12B is a functional block diagram showing another configuration example of the received signal processing unit 123 according to the embodiment. 図13(a)は、実施形態に係る、第1グループ構成に従ってグループ化された送波素子から送信波を送波する処理を示すフローチャートである。図13(b)は、実施形態に係る、第2グループ構成に従ってグループ化された送波素子から送信波を送波する処理を示すフローチャートである。FIG. 13A is a flowchart showing a process of transmitting a transmitted wave from a wave transmitting element grouped according to the first group configuration according to the embodiment. FIG. 13B is a flowchart showing a process of transmitting a transmitted wave from a wave transmitting element grouped according to the second group configuration according to the embodiment. 図14は、実施形態に係る、受信信号を処理して検出画像を表示する処理を示すフローチャートである。FIG. 14 is a flowchart showing a process of processing a received signal and displaying a detected image according to the embodiment. 図15は、実施形態に係る、物標検知装置が水中の物標を検知するソナーとして用いられる場合の構成を模式的に示す図である。FIG. 15 is a diagram schematically showing a configuration when the target detection device according to the embodiment is used as a sonar for detecting a target in water. 図16は、変更例1に係る、送波系の構成を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a wave transmission system according to the first modification. 図17は、変更例2に係る、送波系の構成を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing a configuration of a wave transmission system according to the second modification. 図18(a)は、変更例2に係る、第1のグループ構成に従った各グループの送波素子に第1の組の電気信号を印加した場合のグレーティングローブの出現形態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。図18(b)は、変更例2に係る、第1のグループ構成に従った各グループの送波素子に第1の組の電気信号を印加した場合のグレーティングローブの出現形態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。FIG. 18A shows the appearance form of the grating lobe when the first set of electric signals is applied to the transmitting elements of each group according to the first group configuration according to the second modification by simulation. This is a simulation result. FIG. 18B shows the appearance form of the grating lobe when the first set of electric signals is applied to the transmitting elements of each group according to the first group configuration according to the second modification by simulation. This is a simulation result. 図19(a)は、変更例2に係る、第1のグループ構成に従った各グループの送波素子に第1の組の電気信号を印加した場合のグレーティングローブの出現形態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。図19(b)は、変更例2に係る、第1のグループ構成に従った各グループの送波素子に第1の組の電気信号を印加した場合のグレーティングローブの出現形態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。図19(c)は、変更例2に係る、第1のグループ構成に従った各グループの送波素子に第1の組の電気信号を印加した場合のグレーティングローブの出現形態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。FIG. 19A shows the appearance form of the grating lobe when the first set of electric signals is applied to the transmitting elements of each group according to the first group configuration according to the second modification by simulation. This is a simulation result. FIG. 19B shows the appearance form of the grating lobe when the first set of electric signals is applied to the transmitting elements of each group according to the first group configuration according to the second modification by simulation. This is a simulation result. FIG. 19C shows the appearance form of the grating lobe when the first set of electric signals is applied to the transmitting elements of each group according to the first group configuration according to the second modification by simulation. This is a simulation result. 図20(a)は、変更例2に係る、第2のグループ構成に従った各グループの送波素子に第2の組の電気信号を印加した場合のグレーティングローブの出現形態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。図20(b)は、変更例2に係る、第2のグループ構成に従った各グループの送波素子に第2の組の電気信号を印加した場合のグレーティングローブの出現形態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。FIG. 20A shows the appearance form of the grating lobe when the second set of electric signals is applied to the transmitting elements of each group according to the second group configuration according to the second modification by simulation. This is a simulation result. FIG. 20B shows the appearance form of the grating lobe when the second set of electric signals is applied to the transmitting elements of each group according to the second group configuration according to the second modification by simulation. This is a simulation result. 図21(a)は、変更例2に係る、第2のグループ構成に従った各グループの送波素子に第2の組の電気信号を印加した場合のグレーティングローブの出現形態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。図21(b)は、変更例2に係る、第2のグループ構成に従った各グループの送波素子に第2の組の電気信号を印加した場合のグレーティングローブの出現形態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果である。FIG. 21A shows the appearance form of the grating lobe when the second set of electric signals is applied to the transmitting elements of each group according to the second group configuration according to the second modification by simulation. This is a simulation result. FIG. 21B shows the appearance form of the grating lobe when the second set of electric signals is applied to the transmitting elements of each group according to the second group configuration according to the second modification by simulation. This is a simulation result.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

<基本構成>
まず、本実施形態に係る物標検出装置の送受波系の基本構成について説明する。
<Basic configuration>
First, the basic configuration of the transmission / reception system of the target detection device according to the present embodiment will be described.

図1は、参考例に係る送波系の構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a wave transmission system according to a reference example.

図1の構成では、複数の送波素子10aが1列に並んで配置された送波アレイ10が用いられる。ここでは、便宜上、14の送波素子10aが図示されているが、送波素子10aの数はこれに限られるものではない。図1では、便宜上、上から順番に各送波素子10aに番号が付されている。 In the configuration of FIG. 1, a wave transmission array 10 in which a plurality of wave transmission elements 10a are arranged side by side in a row is used. Here, for convenience, 14 transmitting elements 10a are shown, but the number of transmitting elements 10a is not limited to this. In FIG. 1, for convenience, each wave transmitting element 10a is numbered in order from the top.

この構成例では、連続的に並ぶ4つの送波素子10aを1つの組として、送信回路20a、20bから正弦波の電気信号が供給される。したがって、1つの組に含まれる4つの送波素子10aが1つの送波領域として機能する。各組間のピッチは、送信回路20a、20bから出力される電気信号の波長の半分以上に設定される。したがって、送波領域のピッチは、電気信号の波長の半分以上に設定される。このように、送波領域のピッチ(各組のピッチ)を電気信号の波長の半分以上に設定することにより、送波アレイ10からグレーティングローブを送波させることができる。 In this configuration example, a sine wave electric signal is supplied from the transmission circuits 20a and 20b with four continuously arranged wave transmission elements 10a as one set. Therefore, the four transmitting elements 10a included in one set function as one transmitting region. The pitch between the sets is set to half or more of the wavelength of the electric signal output from the transmission circuits 20a and 20b. Therefore, the pitch of the wave transmission region is set to half or more of the wavelength of the electric signal. In this way, by setting the pitch of the transmission region (the pitch of each set) to half or more of the wavelength of the electric signal, the grating lobe can be transmitted from the transmission array 10.

送信回路20a、20bは、それぞれ、正弦波の電気信号を出力する。送信回路20a、20bは、互いに同じ周波数で、電気信号を出力する。送信回路20bから出力される電気信号は送信回路20aから出力される電気信号に対して位相が90°進んでいる。 The transmission circuits 20a and 20b each output a sine wave electric signal. The transmission circuits 20a and 20b output electric signals at the same frequencies as each other. The phase of the electric signal output from the transmission circuit 20b is 90 ° ahead of the electric signal output from the transmission circuit 20a.

1つの組に含まれる4つの送波素子10aのうち、1番目と3番目の送波素子10aには、送信回路20aから電気信号が供給され、2番目と4番目の送波素子10aには、送信回路20bから電気信号が供給される。3番目と4番目の送波素子10aには、それぞれ、送信回路20a、20bから、位相が反転された状態で電気信号が供給される。位相の反転は、たとえば、送波素子10aに対する送信回路20a、20bからの信号線の接続の極性を反転させることにより行われる。この他、位相を反転させるための位相調整回路を配置してもよい。 Of the four transmission elements 10a included in one set, the first and third transmission elements 10a are supplied with electric signals from the transmission circuit 20a, and the second and fourth transmission elements 10a are supplied with electric signals. , An electric signal is supplied from the transmission circuit 20b. Electric signals are supplied to the third and fourth transmission elements 10a from the transmission circuits 20a and 20b, respectively, in a phase-inverted state. The phase inversion is performed, for example, by inverting the polarity of the connection of the signal lines from the transmission circuits 20a and 20b to the wave transmitting element 10a. In addition, a phase adjustment circuit for inverting the phase may be arranged.

このように、各送波素子10aに電気信号を供給することにより、各組の4つの送波素子10aには、位相が互いに90°シフトした状態で電気信号が供給される。これにより、メインローブを消滅させつつ、グレーティングローブを片側のみに1つだけ出現させた状態で、送波アレイ10から送信波を出力させることができる。そして、送信回路20a、20bから出力される電気信号の周波数を変化させることにより、送波素子10aの並び方向にグレーティンググローブの向きを変化させることができる。これにより、送波アレイ10の正面方向と送信波の方向との間の角度を変化させることができ、当該角度方向に送信波を走査させることができる。 By supplying the electric signal to each of the transmitting elements 10a in this way, the electric signal is supplied to the four transmitting elements 10a of each set in a state where the phases are shifted by 90 ° from each other. As a result, the transmitted wave can be output from the wave transmitting array 10 in a state where only one grating lobe appears on only one side while extinguishing the main lobe. Then, by changing the frequency of the electric signal output from the transmission circuits 20a and 20b, the direction of the grating globe can be changed in the arrangement direction of the wave transmitting elements 10a. As a result, the angle between the front direction of the wave transmission array 10 and the direction of the transmitted wave can be changed, and the transmitted wave can be scanned in the angle direction.

こうして、送信波の送波方向と電気信号の周波数とが対応づけられる。したがって、送信波の反射波を受波器で受波した生成される受信信号の周波数により、送信波の送波方向を特定できる。すなわち、反射波を生じさせた物標の方向が、受信信号の周波数により特定され得る。 In this way, the transmission direction of the transmitted wave and the frequency of the electric signal are associated with each other. Therefore, the transmission direction of the transmitted wave can be specified by the frequency of the received signal generated by receiving the reflected wave of the transmitted wave by the receiver. That is, the direction of the target that generated the reflected wave can be specified by the frequency of the received signal.

なお、上記では、送波素子10a間の位相シフトを90°に設定したが、位相シフトはこれに限られるものではない。たとえば、送波素子10a間の位相シフトを60°または45°に設定しても、メインローブを消滅させつつ、グレーティングローブを片側のみに1つだけ出現させることができる。たとえば、位相シフトが60°に設定される場合、6つの送波素子10aが1つの組に設定され、各組の6つの送波素子10aに、0°、60°、120°、180°、240°、300°の位相の電気信号が供給される。また、位相シフトが45°に設定される場合、8つの送波素子10aが1つの組に設定され、各組の8つの送波素子10aに、0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°の位相の電気信号が供給される。これらの場合も、電気信号の周波数を変化させることにより、送波素子10aの並び方向にグレーティンググローブの向きを変化させることができ、これにより、送信波の送波方向を変化させることができる。 In the above, the phase shift between the transmitting elements 10a is set to 90 °, but the phase shift is not limited to this. For example, even if the phase shift between the wave transmitting elements 10a is set to 60 ° or 45 °, only one grating lobe can appear on only one side while extinguishing the main lobe. For example, when the phase shift is set to 60 °, the six transmitter elements 10a are set to one set, and the six transmitter elements 10a of each set are set to 0 °, 60 °, 120 °, 180 °, An electric signal having a phase of 240 ° and 300 ° is supplied. When the phase shift is set to 45 °, the eight transmitting elements 10a are set to one set, and the eight transmitting elements 10a of each set are set to 0 °, 45 °, 90 °, 135 °, and so on. An electric signal having a phase of 180 °, 225 °, 270 °, and 315 ° is supplied. Also in these cases, by changing the frequency of the electric signal, the direction of the grating globe can be changed in the arrangement direction of the wave transmitting elements 10a, and thereby the transmitting direction of the transmitted wave can be changed.

図1の構成では、1つのグレーティングローブのみが走査されるため、送信波の走査範囲が狭い。そこで、本実施形態では、複数の送波素子10aに対して、位相シフトが異なる複数組の電気信号を供給することにより、互いに向きが異なる複数のグレーティングローブを生じさせる。そして、各組の電気信号の周波数を変化させることにより、グレーティングローブごとに送波方向を変化させて、グレーティングローブを走査させる。これにより、全体の走査範囲を拡大させる。 In the configuration of FIG. 1, since only one grating lobe is scanned, the scanning range of the transmitted wave is narrow. Therefore, in the present embodiment, by supplying a plurality of sets of electric signals having different phase shifts to the plurality of transmitting elements 10a, a plurality of grating lobes having different directions are generated. Then, by changing the frequency of each set of electric signals, the wave transmission direction is changed for each grating lobe, and the grating lobe is scanned. This expands the entire scanning range.

図2は、実施形態に係る、送波系の構成を示す図である。なお、図2中の複数の角度の記載は、送信回路21aから出力される電気信号(正弦波)の位相を0°とした場合の、各信号線により供給される電気信号の位相を示している。 FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a wave transmission system according to an embodiment. The description of the plurality of angles in FIG. 2 indicates the phase of the electric signal supplied by each signal line when the phase of the electric signal (sine wave) output from the transmission circuit 21a is 0 °. There is.

図2の構成例では、72個の送波素子11aが等間隔で1列に並んで配置された送波アレイ11が用いられる。なお、送波素子11aの数は72に限られるものではない。図2では、便宜上、上から順番に各送波素子11aに番号が付されている。 In the configuration example of FIG. 2, a wave transmission array 11 in which 72 wave transmission elements 11a are arranged in a row at equal intervals is used. The number of wave transmitting elements 11a is not limited to 72. In FIG. 2, for convenience, each wave transmitting element 11a is numbered in order from the top.

72個の送波素子11aは、第1のグループ構成および第2のグループ構成に従ってグループ化される。第1のグループ構成では、4個の送波素子11aをそれぞれ有する複数のグループGR1に72個の送波素子11aがグループ化される。また、第2のグループ構成では、6個の送波素子11aをそれぞれ有する複数のグループGR2に72個の送波素子11aがグループ化される。したがって、第1のグループ構成に用いられる72個の送波素子11aと、第2のグループ構成に用いられる72個の送波素子11aとは、互いに同じである。すなわち、共通の送波素子11aが、第1のグループ構成および第2のグループ構成に用いられる。 The 72 wave transmitting elements 11a are grouped according to the first group configuration and the second group configuration. In the first group configuration, 72 wave transmitting elements 11a are grouped into a plurality of group GR1s each having four transmitting elements 11a. Further, in the second group configuration, 72 wave transmitting elements 11a are grouped in a plurality of group GR2 each having 6 transmitting elements 11a. Therefore, the 72 transmitting elements 11a used in the first group configuration and the 72 transmitting elements 11a used in the second group configuration are the same as each other. That is, the common wave transmitting element 11a is used for the first group configuration and the second group configuration.

そして、第1のグループ構成の各グループGR1に、90°ずつ位相シフトされた第1の組の電気信号が入力され、第2のグループ構成の各グループGR2に、60°ずつ位相シフトされた第2の組の電気信号が入力される。すなわち、第1の組に含まれる複数の電気信号は、電気信号間の位相シフトが等しく(位相シフト90°)、また、第2の組に含まれる複数の電気信号は、電気信号間の位相シフトが等しい(位相シフト60°)。 Then, the first set of electrical signals phase-shifted by 90 ° is input to each group GR1 of the first group configuration, and the phase-shifted first set GR2 of the second group configuration is 60 °. Two sets of electrical signals are input. That is, the plurality of electric signals included in the first set have the same phase shift between the electric signals (phase shift 90 °), and the plurality of electric signals included in the second set have the phases between the electric signals. The shifts are equal (phase shift 60 °).

グループGR1の送波素子11aには、送信回路21a、21bから出力される電気信号が供給される。グループGR1のピッチは、送信回路21a、21bから出力される電気信号の波長の半分以上に設定される。送信回路21a、21bは、図1の送信回路20a、20bと同様、位相が互いに90°シフトした正弦波状の電気信号を出力する。送信回路21a、21bから出力された電気信号は、位相調整回路23によって、2系統の電気信号に変換される。これら2系統の電気信号のうち、図2において+が付記された第1系統の電気信号は、送信回路21a、21bから出力された電気信号と同位相の電気信号であり、−が付記された第2系統の電気信号は、送信回路21a、21bから出力された電気信号に対して位相が反転した電気信号である。各系統の電気信号は、対応する重畳回路24に入力される。 The electric signal output from the transmission circuits 21a and 21b is supplied to the wave transmission element 11a of the group GR1. The pitch of the group GR1 is set to half or more of the wavelength of the electric signal output from the transmission circuits 21a and 21b. Similar to the transmission circuits 20a and 20b of FIG. 1, the transmission circuits 21a and 21b output sinusoidal electric signals whose phases are 90 ° out of phase with each other. The electric signals output from the transmission circuits 21a and 21b are converted into two electric signals by the phase adjustment circuit 23. Of these two systems, the electric signal of the first system marked with + in FIG. 2 is an electric signal having the same phase as the electric signal output from the transmission circuits 21a and 21b, and is marked with-. The electric signal of the second system is an electric signal whose phase is inverted with respect to the electric signal output from the transmission circuits 21a and 21b. The electric signal of each system is input to the corresponding superimposition circuit 24.

グループGR2の送波素子11aには、送信回路22a〜22cから出力される電気信号が供給される。グループGR2のピッチは、送信回路22a〜22cから出力される電気信号の波長の半分以上に設定される。送信回路22a〜22cは、位相が互いに60°シフトした正弦波状の電気信号を出力する。送信回路22a〜22cから出力された電気信号は、上記と同様、位相調整回路23によって、2系統の電気信号に変換される。これら2系統の電気信号のうち、図2において+が付記された第1系統の電気信号は、送信回路22a〜22cから出力された電気信号と同位相の電気信号であり、−が付記された第2系統の電気信号は、送信回路22a〜22cから出力された電気信号に対して位相が反転した電気信号である。各系統の電気信号は、対応する重畳回路24に入力される。 The electric signal output from the transmission circuits 22a to 22c is supplied to the wave transmission element 11a of the group GR2. The pitch of the group GR2 is set to half or more of the wavelength of the electric signal output from the transmission circuits 22a to 22c. The transmission circuits 22a to 22c output sinusoidal electric signals whose phases are shifted by 60 ° from each other. The electric signals output from the transmission circuits 22a to 22c are converted into two electric signals by the phase adjusting circuit 23 in the same manner as described above. Of these two systems, the electric signal of the first system marked with + in FIG. 2 is an electric signal having the same phase as the electric signal output from the transmission circuits 22a to 22c, and is marked with −. The electric signal of the second system is an electric signal whose phase is inverted with respect to the electric signal output from the transmission circuits 22a to 22c. The electric signal of each system is input to the corresponding superimposition circuit 24.

図3(a)は、位相調整回路23の構成を示す図である。 FIG. 3A is a diagram showing the configuration of the phase adjustment circuit 23.

位相調整回路23は、入力側に1つのコイル23aが配置され、出力側に2つのコイル23b、23cが配置された変圧器により構成される。出力側の2つのコイル23b、23cは、巻き方向が互いに反転している。入力側のコイル23aには、送信回路21a、21b、22a〜22cの何れかから出力された電気信号が入力される。入力された電気信号と同位相の電気信号が、電磁誘導により、出力側の一方のコイル23bから出力される。この電気信号が、上記第1系統の電気信号である。 The phase adjustment circuit 23 is composed of a transformer in which one coil 23a is arranged on the input side and two coils 23b and 23c are arranged on the output side. The winding directions of the two coils 23b and 23c on the output side are reversed from each other. An electric signal output from any of the transmission circuits 21a, 21b, 22a to 22c is input to the coil 23a on the input side. An electric signal having the same phase as the input electric signal is output from one coil 23b on the output side by electromagnetic induction. This electric signal is the electric signal of the first system.

出力側の他方のコイル23cは、上記のとおり、一方のコイル23bとは巻き方向が反転している。このため、他方のコイル23cからは、コイル23aに入力された電気信号の位相が反転した電気信号が出力される。この電気信号が、上記第2系統の電気信号である。こうして、位相調整回路23から、位相が互いに反転する2系統の電気信号が出力される。 As described above, the winding direction of the other coil 23c on the output side is opposite to that of the one coil 23b. Therefore, from the other coil 23c, an electric signal in which the phase of the electric signal input to the coil 23a is inverted is output. This electric signal is the electric signal of the second system. In this way, the phase adjustment circuit 23 outputs two systems of electric signals whose phases are opposite to each other.

位相調整回路23の構成は、図3(a)の構成に限られるものではなく、送信回路21a、21b、22a〜22cから出力される電気信号と同位相の電気信号および当該電気信号に対して位相が反転する電気信号の2系統の電気信号を生成可能な限りにおいて、他の構成であってもよい。 The configuration of the phase adjusting circuit 23 is not limited to the configuration shown in FIG. 3A, with respect to an electric signal having the same phase as the electric signal output from the transmission circuits 21a, 21b, 22a to 22c, and the electric signal. Other configurations may be used as long as it is possible to generate two systems of electric signals whose phases are inverted.

図2に戻り、送信回路21a、21bから出力される電気信号の周波数は、互いに同じである。送信回路21a、21bは、電気信号の周波数を第1周波数テーブルに従って切り替える。第1周波数テーブルには、たとえば、95、100、105、110、120、130、145kHzの周波数が割り当てられている。送信回路21a、21bは、電気信号の周波数を、第1周波数テーブルに割り当てられた上記周波数の順番でサイクリックに切り替える。 Returning to FIG. 2, the frequencies of the electric signals output from the transmission circuits 21a and 21b are the same as each other. The transmission circuits 21a and 21b switch the frequency of the electric signal according to the first frequency table. For example, frequencies of 95, 100, 105, 110, 120, 130, and 145 kHz are assigned to the first frequency table. The transmission circuits 21a and 21b cyclically switch the frequencies of the electric signals in the order of the frequencies assigned to the first frequency table.

また、送信回路22a〜22cから出力される電気信号の周波数は、互いに同じである。送信回路22a〜22cは、電気信号の周波数を第2周波数テーブルに従って切り替える。第2周波数テーブルに割り当てられた周波数は、第1周波数テーブルに割り当てられた周波数と相違する。第2周波数テーブルには、たとえば、115、125、135、150kHzの周波数が割り当てられている。送信回路22a〜22cは、電気信号の周波数を、第2周波数テーブルに割り当てられた上記周波数の順番でサイクリックに切り替える。 Further, the frequencies of the electric signals output from the transmission circuits 22a to 22c are the same as each other. The transmission circuits 22a to 22c switch the frequency of the electric signal according to the second frequency table. The frequencies assigned to the second frequency table are different from the frequencies assigned to the first frequency table. The second frequency table is assigned frequencies of, for example, 115, 125, 135, 150 kHz. The transmission circuits 22a to 22c cyclically switch the frequencies of the electric signals in the order of the frequencies assigned to the second frequency table.

図3(b)は、重畳回路24の構成を示す図である。 FIG. 3B is a diagram showing the configuration of the superimposition circuit 24.

重畳回路24は、入力側に2つのコイル24a、24bが配置され、出力側に1つのコイル24cが配置された変圧器により構成される。入力側の2つのコイル24a、24bは、巻き方向が互いに同じである。これら2つのコイル24a、24bに対して、それぞれ、対応する位相調整回路23から、第1の組および第2の組の電気信号が入力される。入力側のコイル24a、24bに入力された電気信号は、電磁誘導により重畳され、出力側のコイル24cから出力される。出力された電気信号には、入力された2つの電気信号の各周波数成分が含まれる。 The superimposition circuit 24 is composed of a transformer in which two coils 24a and 24b are arranged on the input side and one coil 24c is arranged on the output side. The two coils 24a and 24b on the input side have the same winding direction. The electric signals of the first set and the second set are input to the two coils 24a and 24b from the corresponding phase adjusting circuits 23, respectively. The electric signals input to the coils 24a and 24b on the input side are superimposed by electromagnetic induction and output from the coils 24c on the output side. The output electric signal includes each frequency component of the two input electric signals.

なお、図2の構成では、位相調整回路23によって、送信回路21a、21b、22a〜22cから出力される電気信号の位相を反転させたが、コイル24a、24bを流れる電流が通常時と逆方向となるように、送信回路21a、21b、22a〜22cとコイル24a、24bとを接続することによって、電気信号の位相を反転させてもよい。すなわち、送信回路21a、21b、22a〜22cの出力ラインを2系統に分岐させ、一方の出力ラインは通常の接続形態でコイル24a、24bの一方に接続し、他方の出力ラインは通常の接続形態とは逆方向に電流が流れる形態でコイル24a、24bの他方に接続する構成であってもよい。この場合、位相調整回路23は、省略され得る。 In the configuration of FIG. 2, the phase adjustment circuit 23 inverts the phase of the electric signals output from the transmission circuits 21a, 21b, 22a to 22c, but the current flowing through the coils 24a, 24b is in the opposite direction to the normal time. By connecting the transmission circuits 21a, 21b, 22a to 22c and the coils 24a, 24b so as to be, the phase of the electric signal may be inverted. That is, the output lines of the transmission circuits 21a, 21b, 22a to 22c are branched into two systems, one output line is connected to one of the coils 24a, 24b in a normal connection form, and the other output line is in a normal connection form. It may be connected to the other of the coils 24a and 24b in a form in which a current flows in the opposite direction to the above. In this case, the phase adjustment circuit 23 may be omitted.

重畳回路24の構成は、図3(b)の構成に限られるものではなく、2つの電気信号の周波数成分が含まれるように2系統の電気信号が重畳される限りにおいて、他の構成であってもよい。 The configuration of the superimposition circuit 24 is not limited to the configuration shown in FIG. 3B, but is another configuration as long as the two electrical signals are superposed so as to include the frequency components of the two electrical signals. You may.

図2に戻り、重畳回路24は、グループGR1に含まれる送波素子11aの数(ここでは4個)と、グループGR2に含まれる送波素子11aの数(ここでは6個)の最小公倍数の数(ここでは12個)だけ配置される。12個の重畳回路24から出力された電気信号は、それぞれ、連続的に並ぶ12個の送波素子11aに入力される。図2では、1〜12番目の送波素子11aと、13〜24番目の送波素子11aと、25〜36番目の送波素子11aと、37〜48番目の送波素子11aと、49〜60番目の送波素子11aと、61〜72番目の送波素子11aに、それぞれ、12個の重畳回路24から出力される電気信号が入力される。 Returning to FIG. 2, the superimposition circuit 24 is the least common multiple of the number of transmitting elements 11a (here, 4) included in the group GR1 and the number of transmitting elements 11a (here, 6) included in the group GR2. Only a number (12 in this case) are arranged. The electric signals output from the 12 superimposing circuits 24 are input to the 12 continuously arranged wave transmitting elements 11a, respectively. In FIG. 2, the 1st to 12th transmission elements 11a, the 13th to 24th transmission elements 11a, the 25th to 36th transmission elements 11a, the 37th to 48th transmission elements 11a, and 49 to 49 to The electric signals output from the 12 superimposing circuits 24 are input to the 60th transmitting element 11a and the 61st to 72nd transmitting elements 11a, respectively.

ここで、グループGR1の送波素子11aに入力される第1の組の電気信号、すなわち、送信回路21a、21bから出力される90°ずつ位相シフトされた電気信号と、グループGR2の送波素子11aに入力される第2の組の電気信号、すなわち、送信回路22a〜22cから出力される60°ずつ位相シフトされた電気信号とは、第1周波数テーブルおよび第2周波数テーブルによって、互いに異なる周波数が適用される。このため、これら電気信号が重畳されて送波素子11aに入力されても、各組の電気信号によって、個別に、グレーティングローブが形成される。 Here, the first set of electric signals input to the transmission element 11a of the group GR1, that is, the electrical signals output from the transmission circuits 21a and 21b whose phase is shifted by 90 °, and the transmission element of the group GR2. The second set of electric signals input to 11a, that is, the electric signals phase-shifted by 60 ° output from the transmission circuits 22a to 22c, have different frequencies depending on the first frequency table and the second frequency table. Is applied. Therefore, even if these electric signals are superimposed and input to the wave transmitting element 11a, the grating lobes are individually formed by the electric signals of each set.

したがって、上記のように72個の送波素子11aに電気信号が入力されることにより、グループGR1の送波素子11aから、90度ずつ位相シフトされた第1の組の電気信号に基づくグレーティングローブが形成され、グループGR2の送波素子11aから、60度ずつ位相シフトされた第2の組の電気信号に基づくグレーティングローブが形成される。そして、各組の電気信号の周波数を、対応する周波数テーブルに従って変化させることにより、各グレーティングローブを、送波素子11aの並び方向の走査させることができる。 Therefore, by inputting an electric signal to the 72 transmitting elements 11a as described above, the grating lobe based on the first set of electric signals phase-shifted by 90 degrees from the transmitting element 11a of the group GR1. Is formed, and a grating lobe based on a second set of electrical signals phase-shifted by 60 degrees is formed from the wave transmitting element 11a of the group GR2. Then, by changing the frequency of each set of electric signals according to the corresponding frequency table, each grating lobe can be scanned in the alignment direction of the transmitting elements 11a.

図4(a)〜図8(b)は、グレーティングローブが生じる方向をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。図4(a)〜図8(b)において、横軸は、送波アレイ11の正面方向との間のなす角であり、縦軸は、送波アレイ11から送波される送信波の強度である。送波素子11aの並び方向は、横軸において、±90°である。 4 (a) to 8 (b) are diagrams showing the simulation results obtained by simulating the direction in which the grating lobe is generated. In FIGS. 4 (a) to 8 (b), the horizontal axis is the angle formed by the front direction of the wave transmission array 11, and the vertical axis is the intensity of the transmitted wave transmitted from the wave transmission array 11. Is. The arrangement direction of the wave transmitting elements 11a is ± 90 ° on the horizontal axis.

このシミュレーションでは、送波素子11aのピッチを4.35mmに設定した。送波素子11aの数は、上記と同様、72個とした。また、第1の組および第2の組の電気信号を、それぞれ、第1周波数テーブルおよび第2周波数テーブルに割り当てられた上記の各周波数に変化させた。また、各送波素子11aに印加される電気信号の位相は、図2と同様に設定した。 In this simulation, the pitch of the wave transmitting element 11a was set to 4.35 mm. The number of wave transmitting elements 11a was 72 as described above. In addition, the electric signals of the first set and the second set were changed to the above-mentioned frequencies assigned to the first frequency table and the second frequency table, respectively. Further, the phase of the electric signal applied to each transmitting element 11a was set in the same manner as in FIG.

図4(a)〜図6(c)は、それぞれ、グループGR1の送波素子11aに周波数95、100、105、110、120、130、145kHzの第1の組の電気信号を印加した場合のシミュレーション結果である。また、図7(a)〜図8(b)は、それぞれ、グループGR2の送波素子11aに周波数115、125、135、150kHzの第2の組の電気信号を印加した場合のシミュレーション結果である。 4 (a) to 6 (c) show the case where the first set of electric signals having frequencies 95, 100, 105, 110, 120, 130 and 145 kHz are applied to the wave transmitting element 11a of the group GR1, respectively. This is a simulation result. Further, FIGS. 7 (a) to 8 (b) are simulation results when a second set of electric signals having frequencies 115, 125, 135, and 150 kHz is applied to the wave transmitting element 11a of the group GR2, respectively. ..

図4(a)〜図6(c)に示すように、グループGR1の送波素子11aに周波数95、100、105、110、120、130、145kHzの電気信号を印加した場合、互いに異なる角度D11、D12、D13、D14、D15、D16、D17付近にグレーティングローブが生じる。これら6のグレーティングローブは、概ね、−65°〜−35°の範囲をカバーする。したがって、上記のようにグループGR1の送波素子11aに印加される電気信号の周波数を変化させることにより、グループGR1の送波素子11aから生じるグレーティングローブによって、−65°〜−35°の範囲を走査できる。 As shown in FIGS. 4 (a) to 6 (c), when an electric signal having frequencies 95, 100, 105, 110, 120, 130, and 145 kHz is applied to the transmitting element 11a of the group GR1, the angles D11 are different from each other. , D12, D13, D14, D15, D16, and D17. These 6 grating lobes generally cover the range of -65 ° to -35 °. Therefore, by changing the frequency of the electric signal applied to the transmitting element 11a of the group GR1 as described above, the grating lobe generated from the transmitting element 11a of the group GR1 causes a range of -65 ° to -35 °. Can be scanned.

また、図7(a)〜図8(b)に示すように、グループGR2の送波素子11aに周波数115、125、135、150kHzの電気信号を印加した場合は、互いに異なる角度D21、D22、D23、D24付近にグレーティングローブが生じる。これら4のグレーティングローブは、概ね、−30°〜−23°の範囲をカバーする。したがって、上記のようにグループGR2の送波素子11aに印加される電気信号の周波数を変化させることにより、グループGR2の送波素子11aから生じるグレーティングローブによって、−30°〜−23°の範囲を走査できる。 Further, as shown in FIGS. 7 (a) to 8 (b), when an electric signal having frequencies 115, 125, 135, and 150 kHz is applied to the transmitting element 11a of the group GR2, the angles D21, D22, which are different from each other, Grating lobes are formed near D23 and D24. These four grating lobes generally cover the range of −30 ° to −23 °. Therefore, by changing the frequency of the electric signal applied to the transmitting element 11a of the group GR2 as described above, the grating lobe generated from the transmitting element 11a of the group GR2 causes a range of −30 ° to −23 °. Can be scanned.

以上のように、上記シミュレーション条件に従うことにより、グループGR1の送波素子11aで形成されるグレーティングローブによって、概ね30°の角度範囲(−65°〜−35°)をカバーでき、グループGR2の送波素子11aで形成されるグレーティングローブによって、概ね7°の角度範囲(−30°〜−23°)をカバーできる。したがって、グループGR1、GR2による角度範囲を統合すると、概ね42°(−65°〜−23°)の角度範囲を2つのグレーティングローブによってカバーできる。すなわち、42°の視野角を実現できる。 As described above, according to the above simulation conditions, the grating lobe formed by the wave transmitting element 11a of the group GR1 can cover an angle range (-65 ° to -35 °) of approximately 30 °, and the transmission of the group GR2. The grating lobe formed by the wave element 11a can cover an angle range of approximately 7 ° (-30 ° to -23 °). Therefore, when the angle ranges of the groups GR1 and GR2 are integrated, the angle range of approximately 42 ° (−65 ° to −23 °) can be covered by the two grating lobes. That is, a viewing angle of 42 ° can be realized.

図9は、送信ビームがカバーする範囲を模式的に示す図である。 FIG. 9 is a diagram schematically showing a range covered by the transmission beam.

図9において、送信ビームTB1は、グループGR1の送波素子11aによって形成されるグレーティングローブに対応し、送信ビームTB2は、グループGR2の送波素子11aによって形成されるグレーティングローブに対応する。グループGR1の送波素子11aに供給される第1の組の電気信号の周波数をfa〜fbの範囲で変化させることにより、送信ビームTB1が角度θ01の範囲で走査される。また、グループGR2の送波素子11aに供給される第2の組の電気信号の周波数をfc〜fdの範囲で変化させることにより、送信ビームTB2が角度θ02の範囲で走査される。したがって、送信ビームTB1、TB2によって、角度θ01と角度θ02とを統合した角度θ0の範囲を走査できる。 In FIG. 9, the transmitting beam TB1 corresponds to a grating lobe formed by the transmitting element 11a of the group GR1, and the transmitting beam TB2 corresponds to a grating lobe formed by the transmitting element 11a of the group GR2. By changing the frequency of the first set of electrical signals supplied to the transmitting element 11a of the group GR1 in the range of fa to fb, the transmitted beam TB1 is scanned in the range of the angle θ01. Further, the transmission beam TB2 is scanned in the range of the angle θ02 by changing the frequency of the second set of electric signals supplied to the transmission element 11a of the group GR2 in the range of fc to fd. Therefore, the transmission beams TB1 and TB2 can scan the range of the angle θ0 in which the angle θ01 and the angle θ02 are integrated.

上記シミュレーションでは、第1の組の電気信号における周波数の変化範囲fa〜fbおよび第2の組の電気信号における周波数の変化範囲fc〜fdは、それぞれ、95〜145kHzおよび115〜150kHzであり、角度θ01、θ02は、それぞれ、30°、7°であり、角度θ0は42°である。 In the above simulation, the frequency change ranges fa to fb in the first set of electric signals and the frequency change ranges fc to fd in the second set of electric signals are 95 to 145 kHz and 115 to 150 kHz, respectively, and the angles. θ01 and θ02 are 30 ° and 7 °, respectively, and the angle θ0 is 42 °.

なお、図2の構成および上記シミュレーションでは、第1の組の電気信号の位相シフトを90°に設定し、第2の組の電気信号の位相シフトを60°に設定したが、第2の組の電気信号の位相シフトを45°に設定してもよい。この場合、グループGR2に含まれる送波素子11aの数が、位相シフトの変更に伴う電気信号の組み合わせの数の変更に応じて、変更される。 In the configuration of FIG. 2 and the above simulation, the phase shift of the electric signals of the first set was set to 90 °, and the phase shift of the electric signals of the second set was set to 60 °, but the second set The phase shift of the electrical signal of may be set to 45 °. In this case, the number of transmitting elements 11a included in the group GR2 is changed according to the change in the number of combinations of electric signals accompanying the change in the phase shift.

あるいは、第1の組の電気信号の位相シフトを45°に設定してもよい。この場合も、グループGR1に含まれる送波素子11aの数が、位相シフトの変更に伴う電気信号の組み合わせの数の変更に応じて、変更される。 Alternatively, the phase shift of the first set of electrical signals may be set to 45 °. Also in this case, the number of the transmitting elements 11a included in the group GR1 is changed according to the change in the number of combinations of electric signals due to the change in the phase shift.

また、第1の組および第2の組の電気信号の周波数の変化は、上記の例に限られるものではなく、角度θ01、θ02の範囲に応じて適宜変更され得る。 Further, the change in the frequency of the electric signals of the first set and the second set is not limited to the above example, and can be appropriately changed according to the range of the angles θ01 and θ02.

図10は、送受波系の構成例を模式的に示す図である。 FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration example of a transmission / reception system.

この構成例では、図2に示した送波系の構成の他に、受波系の構成として、複数の受波素子31aを有する受波アレイ31が配置されている。図2と同様、送波系は、送波アレイ11を備えている。送波アレイ11は、X軸に沿って配置されている。送波アレイ11の直上位置に、受波アレイ31が配置されている。この構成例では、受波素子31aの並び方向と、送波素子11aの並び方向とが垂直となっている。 In this configuration example, in addition to the configuration of the wave transmitting system shown in FIG. 2, a receiving array 31 having a plurality of receiving elements 31a is arranged as a configuration of the receiving system. Similar to FIG. 2, the wave transmission system includes a wave transmission array 11. The wave transmission array 11 is arranged along the X axis. The wave receiving array 31 is arranged at a position directly above the wave transmitting array 11. In this configuration example, the arrangement direction of the receiving elements 31a and the arrangement direction of the transmitting elements 11a are perpendicular to each other.

送波アレイ11内の送波素子11aを、図2を参照して説明した方法で駆動することにより、送波アレイ11の前方(Z軸正方向)に、送信ビームTB0が形成される。ここでは、図9に示した送信ビームTB1、TB2の走査範囲を統合した範囲が、送信ビームTB0の走査範囲として示されている。 By driving the wave transmitting element 11a in the wave transmitting array 11 by the method described with reference to FIG. 2, the transmitting beam TB0 is formed in front of the transmitting array 11 (in the positive direction of the Z axis). Here, the range in which the scanning ranges of the transmission beams TB1 and TB2 shown in FIG. 9 are integrated is shown as the scanning range of the transmission beam TB0.

各受波素子31aから出力される受信信号に対し位相制御(ビームフォーミング)を行うことにより、X軸を中心とする周方向に幅狭の受信ビームRB0が形成される。これにより、受信ビームRB0と送信ビームTB0とが交差する領域の受信信号が抽出される。上記位相制御により、受信ビームRB0を、X軸を中心にθ1方向に旋回させることにより、各旋回位置の受信信号が抽出される。受信ビームRB0の旋回位置により、送信波が物標によって反射された反射波の水平方向(θ1方向)における到来方向が規定され得る。また、図9を参照して説明したとおり、受信信号の周波数によって、反射波の鉛直方向(θ0方向)における到来方向が規定され得る。 By performing phase control (beamforming) on the received signal output from each receiving element 31a, a narrow receiving beam RB0 is formed in the circumferential direction centered on the X axis. As a result, the received signal in the region where the received beam RB0 and the transmitted beam TB0 intersect is extracted. By the above phase control, the reception beam RB0 is swiveled in the θ1 direction about the X axis, so that the reception signal at each swivel position is extracted. The turning position of the received beam RB0 can define the arrival direction of the reflected wave reflected by the target in the horizontal direction (θ1 direction). Further, as described with reference to FIG. 9, the arrival direction of the reflected wave in the vertical direction (θ0 direction) can be defined by the frequency of the received signal.

したがって、受信ビームRB0により抽出される受信信号のうち、第1の組および第2の組の電気信号の周波数の受信信号を抽出し、抽出した周波数に対応する鉛直方向の角度(θ0方向の角度)と、ビームフォーミングに基づく水平方向の角度(θ1方向の角度)とによって規定される方向において、当該反射波のディレイタイムに基づく距離位置に、受信信号の強度に基づくデータをプロットすることにより、当該受信ビームRB0と送信ビームTB0とが交差する範囲の受信信号の強度データの分布が得られる。そして、受信ビームRB0を水平方向の検知範囲内において旋回させて、各旋回位置における強度データの分布を得ることにより、水平方向および鉛直方向における全ての検知範囲において3次元状に分布する強度データ(ボリュームデータ)を取得できる。この強度データ(ボリュームデータ)を画像化することにより、検知範囲の物標の状態を示す画像を得ることができる。 Therefore, among the received signals extracted by the received beam RB0, the received signals having the frequencies of the first set and the second set of electric signals are extracted, and the vertical angle corresponding to the extracted frequency (angle in the θ0 direction). ) And the horizontal angle based on beam forming (angle in the θ1 direction), by plotting the data based on the intensity of the received signal at the distance position based on the delay time of the reflected wave. The distribution of the intensity data of the received signal in the range where the received beam RB0 and the transmitted beam TB0 intersect can be obtained. Then, the reception beam RB0 is swiveled within the detection range in the horizontal direction to obtain the distribution of the intensity data at each swivel position, so that the intensity data distributed in three dimensions in all the detection ranges in the horizontal direction and the vertical direction ( Volume data) can be acquired. By imaging this intensity data (volume data), it is possible to obtain an image showing the state of the target in the detection range.

<具体的構成>
図11は、物標検出装置1の具体的構成を示すブロック図である。
<Specific configuration>
FIG. 11 is a block diagram showing a specific configuration of the target detection device 1.

物標検出装置1は、送波系の構成として、送波アレイ11を備える。送波アレイ11は、図2と同様の構成である。物標検出装置1は、送波アレイ11の各送波素子11aに送信信号S1を供給するための構成として、信号生成部111と、送信アンプ112とを備える。信号生成部111は、図2の示した回路構成と同様の構成を備える。図11の構成では、図2の重畳回路24から出力される電気信号(送信信号S1)を増幅して各送波素子11aに供給するための送信アンプ112が、さらに配置されている。なお、送信アンプは、図2の送信回路21a、21b、22a〜22cと位相調整回路23との間に配置されてもよい。 The target detection device 1 includes a wave transmission array 11 as a structure of the wave transmission system. The wave transmission array 11 has the same configuration as that of FIG. The target detection device 1 includes a signal generation unit 111 and a transmission amplifier 112 as a configuration for supplying the transmission signal S1 to each transmission element 11a of the transmission array 11. The signal generation unit 111 has a configuration similar to the circuit configuration shown in FIG. In the configuration of FIG. 11, a transmission amplifier 112 for amplifying the electric signal (transmission signal S1) output from the superimposition circuit 24 of FIG. 2 and supplying it to each transmission element 11a is further arranged. The transmission amplifier may be arranged between the transmission circuits 21a, 21b, 22a to 22c of FIG. 2 and the phase adjustment circuit 23.

制御部101は、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理回路と、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)やハードディスク等の記憶媒体とを備える。制御部101が、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等の集積回路で構成されてもよい。 The control unit 101 includes an arithmetic processing circuit such as a CPU (Central Processing Unit) and a storage medium such as a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and a hard disk. The control unit 101 may be configured by an integrated circuit such as an FPGA (Field-Programmable Gate Array).

制御部101は、図2に示した送信回路21a、21b、22a〜22cに対し、第1周波数テーブルおよび第2周波数テーブルに応じた周波数の電気信号を出力させる。これにより、図9を参照して説明したとおり、送波アレイ11から送信ビームTB1、TB2が送波される。上記のとおり、送信ビームTB1、TB2は、第1周波数テーブルおよび第2周波数テーブルに応じて第1の組および第2の組の電気信号の周波数が逐次変更されることにより、それぞれ、角度θ01、θ02の範囲を走査する。これにより、図10の送信ビームTB0が構成される。 The control unit 101 causes the transmission circuits 21a, 21b, 22a to 22c shown in FIG. 2 to output an electric signal having a frequency corresponding to the first frequency table and the second frequency table. As a result, as described with reference to FIG. 9, the transmission beams TB1 and TB2 are transmitted from the transmission array 11. As described above, the transmission beams TB1 and TB2 have angles θ01, respectively, by sequentially changing the frequencies of the first set and the second set of electric signals according to the first frequency table and the second frequency table. Scan the range of θ02. As a result, the transmission beam TB0 of FIG. 10 is configured.

物標検出装置1は、受波系の構成として、上述の受波アレイ31を備える。受波アレイ31は、図10と同様の構成である。受波アレイ31には、m個の受波素子31aが配置されている。各受波素子31aに対応するチャンネルCH1〜CHmに、各受波素子31aから受信信号が出力される。 The target detection device 1 includes the above-mentioned wave receiving array 31 as a structure of the wave receiving system. The wave receiving array 31 has the same configuration as that of FIG. In the wave receiving array 31, m receiving elements 31a are arranged. A reception signal is output from each receiving element 31a to channels CH1 to CHm corresponding to each receiving element 31a.

物標検出装置1は、受波アレイ31の各受波素子31aから出力される受信信号を処理して検出画像を生成するための構成として、複数の受信処理部121と、複数のAD変換部122と、受信信号処理部123と、映像信号処理部124とを備える。 The target detection device 1 has a plurality of reception processing units 121 and a plurality of AD conversion units as a configuration for processing a reception signal output from each reception element 31a of the reception array 31 to generate a detection image. It includes 122, a received signal processing unit 123, and a video signal processing unit 124.

複数の受信処理部121は、チャンネルCH1〜CHmにそれぞれ接続されている。各受信処理部121は、入力された受信信号に対し、不要な帯域を除去する処理や、受信信号をAD変換に適するレベルに増幅する処理、および、AD変換のサンプリング周期の半分以上の帯域の信号成分を除去する処理等を行う。複数のAD変換部122は、複数の受信処理部121にそれぞれ対応付けられている。各AD変換部122は、対応する受信処理部121から入力されたアナログの受信信号を、所定のサンプリング周期でデジタル信号に変換する。 The plurality of reception processing units 121 are connected to channels CH1 to CHm, respectively. Each reception processing unit 121 has a process of removing an unnecessary band from the input received signal, a process of amplifying the received signal to a level suitable for AD conversion, and a band of half or more of the sampling cycle of AD conversion. Performs processing such as removing signal components. The plurality of AD conversion units 122 are associated with the plurality of reception processing units 121, respectively. Each AD conversion unit 122 converts an analog reception signal input from the corresponding reception processing unit 121 into a digital signal at a predetermined sampling cycle.

受信信号処理部123は、複数のAD変換部122からそれぞれ入力されたチャンネルCH1〜CHmの受信信号を処理して、検知範囲に3次元状に分布する受信信号の強度データ(ボリュームデータ)を算出する。受信信号処理部123が、制御部101とともに、単一の集積回路(FPGA等)で構成されてもよい。 The reception signal processing unit 123 processes the reception signals of channels CH1 to CHm input from each of the plurality of AD conversion units 122, and calculates the intensity data (volume data) of the reception signals distributed three-dimensionally in the detection range. To do. The received signal processing unit 123 may be configured by a single integrated circuit (FPGA or the like) together with the control unit 101.

映像信号処理部124は、受信信号処理部123から入力される強度データ(ボリュームデータ)を処理して、検知範囲の物標の状態を画像化するための画像データを生成する。映像信号処理部124は、たとえば、CPUによって構成される。表示部125は、モニタ等で構成され、映像信号処理部124から入力される画像データに応じた検出画像を表示する。 The video signal processing unit 124 processes the intensity data (volume data) input from the reception signal processing unit 123 to generate image data for imaging the state of the target in the detection range. The video signal processing unit 124 is composed of, for example, a CPU. The display unit 125 is composed of a monitor or the like, and displays a detected image according to the image data input from the video signal processing unit 124.

図12(a)は、受信信号処理部123の構成例を示す機能ブロック図である。 FIG. 12A is a functional block diagram showing a configuration example of the received signal processing unit 123.

受信信号処理部123は、演算処理回路と記憶媒体とを備える。受信信号処理部123は、記憶媒体に記憶されたプログラムにより、図12(a)に示す各機能ブロックの機能を実行する。図12(a)の機能の一部が、ソフトウエアでなく、ハードウエアにより実現されてもよい。 The reception signal processing unit 123 includes an arithmetic processing circuit and a storage medium. The reception signal processing unit 123 executes the function of each functional block shown in FIG. 12A by the program stored in the storage medium. A part of the function of FIG. 12A may be realized by hardware instead of software.

受信信号処理部123は、複数のデジタルフィルタ201と、バッファ202と、複数のバンドパスフィルタ203と、複数のビーム合成部204とを備える。 The reception signal processing unit 123 includes a plurality of digital filters 201, a buffer 202, a plurality of bandpass filters 203, and a plurality of beam synthesizing units 204.

複数のデジタルフィルタ201は、図11の複数のAD変換部122にそれぞれ対応して設けられている。デジタルフィルタ201は、図11の受信処理部121におけるフィルタ機能よりも急峻なフィルタであり、受信信号における不要な帯域の信号を除去する。 The plurality of digital filters 201 are provided corresponding to the plurality of AD conversion units 122 of FIG. The digital filter 201 is a filter steeper than the filter function of the reception processing unit 121 of FIG. 11, and removes signals in an unnecessary band in the reception signal.

バッファ202は、複数のデジタルフィルタ201からそれぞれ出力されるチャンネルCH1〜CHmの受信信号を一時的に保持する。バッファ202は、送信回路21a、21b、22a〜22cから出力される電気信号の周波数が、第1周波数テーブルおよび第2周波数テーブルに割り当てられた全て周波数に変更される間の受信信号(以下、「1スキャン分の受信信号」という)を、時系列で複数スキャン分保持する。バッファ202は、1スキャン分の受信信号を、順次、複数のバンドパスフィルタ203にそれぞれ供給する。バッファ202は、1スキャン分の受信信号を複数のバンドパスフィルタ203に供給すると、当該1スキャン分の受信信号を消去する。 The buffer 202 temporarily holds the received signals of channels CH1 to CHm output from the plurality of digital filters 201, respectively. The buffer 202 is a received signal while the frequencies of the electric signals output from the transmission circuits 21a, 21b, 22a to 22c are changed to all frequencies assigned to the first frequency table and the second frequency table (hereinafter, "" "Received signal for one scan") is retained for multiple scans in chronological order. The buffer 202 sequentially supplies the received signals for one scan to the plurality of bandpass filters 203, respectively. When the received signal for one scan is supplied to the plurality of bandpass filters 203, the buffer 202 erases the received signal for the one scan.

複数のバンドパスフィルタ203は、入力されたチャンネルCH1〜CHmの1スキャン分の受信信号から周波数F1〜Fnの周波数成分(周波数受信信号)をそれぞれ抽出する。周波数F1〜Fnは、第1周波数テーブルおよび第2周波数テーブルに割り当てられた周波数にそれぞれ対応する。バンドパスフィルタ203は、第1周波数テーブルおよび第2周波数テーブルに割り当てられた周波数の総数だけ配置される。各バンドパスフィルタ203によって、第1周波数テーブルおよび第2周波数テーブルに割り当てられた各周波数の受信信号が抽出される。バンドパスフィルタ203は、チャンネルCH1〜CHmの1スキャン分の受信信号から自身に設定された周波数Fkの周波数成分(周波数受信信号)を抽出して、ビーム合成部204に供給する。 The plurality of bandpass filters 203 extract frequency components (frequency reception signals) of frequencies F1 to Fn from the reception signals for one scan of the input channels CH1 to CHm. The frequencies F1 to Fn correspond to the frequencies assigned to the first frequency table and the second frequency table, respectively. The bandpass filter 203 is arranged by the total number of frequencies assigned to the first frequency table and the second frequency table. Each bandpass filter 203 extracts the received signal of each frequency assigned to the first frequency table and the second frequency table. The bandpass filter 203 extracts a frequency component (frequency reception signal) of the frequency Fk set by itself from the reception signals for one scan of channels CH1 to CHm and supplies the frequency component (frequency reception signal) to the beam synthesis unit 204.

複数のビーム合成部204は、複数のバンドパスフィルタ203にそれぞれ対応付けて設けられている。ビーム合成部204は、位相制御に基づくビームフォーミングにより受信ビームRB0を形成し、図10のθ1方向に周波数受信信号を所定の分解能で分離する。これにより、受信ビームRB0と、バンドパスフィルタ203で規定される図9の送信ビームTB1または送信ビームTB2とが交差する領域の周波数受信信号が取得される。すなわち、最上段のビーム合成部204からは、周波数F1に対応する角度θ0方向(図9参照)の送信ビーム(送信ビームTB1、TB2の何れか)と、水平面に平行な方向(図10のθ1方向)における各方位の受信ビームRB0とが交差する交差領域の周波数受信信号が得られる。 The plurality of beam synthesizing units 204 are provided in association with each of the plurality of bandpass filters 203. The beam combining unit 204 forms the received beam RB0 by beamforming based on phase control, and separates the frequency received signal in the θ1 direction of FIG. 10 with a predetermined resolution. As a result, the frequency reception signal in the region where the reception beam RB0 and the transmission beam TB1 or the transmission beam TB2 of FIG. 9 defined by the bandpass filter 203 intersect is acquired. That is, from the uppermost beam synthesizing unit 204, the transmission beam (either the transmission beam TB1 or TB2) in the angle θ0 direction (see FIG. 9) corresponding to the frequency F1 and the direction parallel to the horizontal plane (θ1 in FIG. 10). A frequency reception signal in an intersection region where the reception beam RB0 in each direction intersects in the direction) is obtained.

得られた周波数受信信号は、交差領域からの反射波の強さに応じて、強度が時間軸上で変化する。この時間軸は、交差領域における受波アレイ31からの距離に相当する。したがって、時間軸上の各強度を、交差領域において、受波アレイ31からの対応する距離位置にマッピングすることにより、交差領域上における強度データの分布が得られる。こうして、各ビーム合成部204から出力される方位ごとの強度データの分布を統合することにより、検知範囲に3次元状に強度データが分布するボリュームデータが取得される。 The intensity of the obtained frequency received signal changes on the time axis according to the intensity of the reflected wave from the intersecting region. This time axis corresponds to the distance from the receiving array 31 in the intersection region. Therefore, by mapping each intensity on the time axis to the corresponding distance position from the receiving array 31 in the intersection region, the distribution of the intensity data on the intersection region can be obtained. In this way, by integrating the distribution of the intensity data for each direction output from each beam combining unit 204, the volume data in which the intensity data is three-dimensionally distributed in the detection range is acquired.

図12(b)は、受信信号処理部123の他の構成例を示す機能ブロック図である。 FIG. 12B is a functional block diagram showing another configuration example of the received signal processing unit 123.

この構成例では、図12(a)の構成例におけるバンドパスフィルタ203が、FFT(Fast Fourier Transform)211と周波数抽出部212に置き換えられている。FFT211は、チャンネルCH1〜CHmの1スキャン分の受信信号から周波数スペクトルを算出する。周波数抽出部212は、FFT211により算出された各チャンネルの周波数スペクトルから、周波数F1〜Fnの周波数成分(周波数受信信号)をそれぞれ抽出してビーム合成部204に供給する。ビーム合成部204の処理は、図12(a)の場合と同様である。 In this configuration example, the bandpass filter 203 in the configuration example of FIG. 12A is replaced with the FFT (Fast Fourier Transform) 211 and the frequency extraction unit 212. FFT211 calculates the frequency spectrum from the received signals for one scan of channels CH1 to CHm. The frequency extraction unit 212 extracts frequency components (frequency reception signals) of frequencies F1 to Fn from the frequency spectrum of each channel calculated by FFT211 and supplies them to the beam synthesis unit 204. The processing of the beam synthesizing unit 204 is the same as in the case of FIG. 12A.

この構成によっても、図12(a)の構成と同様、各ビーム合成部204から出力される方位ごとの強度データの分布を統合することにより、検知範囲に3次元状に強度データが分布するボリュームデータが取得される。なお、図12(b)の構成例では、図12(a)の構成例よりも、周波数受信信号を抽出する周波数をより細かく設定できる。よって、第1周波数テーブルおよび第2周波数テーブルに割り当てられる複数の周波数の数が多い場合や、これら周波数が互いに接近する場合は、図12(b)の構成を用いることが有利である。 With this configuration as well, as in the configuration of FIG. 12A, the intensity data is distributed three-dimensionally in the detection range by integrating the distribution of the intensity data for each direction output from each beam synthesizer 204. Data is retrieved. In the configuration example of FIG. 12B, the frequency for extracting the frequency reception signal can be set more finely than in the configuration example of FIG. 12A. Therefore, when the number of a plurality of frequencies assigned to the first frequency table and the second frequency table is large, or when these frequencies are close to each other, it is advantageous to use the configuration of FIG. 12B.

図13(a)、(b)は、図11の制御部101によって行われる送波処理を示すフローチャートである。この処理は、検知動作時に継続的に実行され、検知動作の終了に応じて終了される。また、図13(a)、(b)の処理は、互いに同期して実行される。 13 (a) and 13 (b) are flowcharts showing a wave transmission process performed by the control unit 101 of FIG. This process is continuously executed during the detection operation and is terminated when the detection operation ends. Further, the processes of FIGS. 13A and 13B are executed in synchronization with each other.

図13(a)は、グループGR1の送波素子11aに対する送波処理を示すフローチャートである。 FIG. 13A is a flowchart showing a wave transmission process for the wave transmission element 11a of the group GR1.

制御部101は、送信回路21a、21bから出力される電気信号を、第1周波数テーブルに割り当てられた1番目の周波数に設定して(S111)、送信回路21a、21bに電気信号を所定期間出力させる(S112)。これにより、重畳回路24を介して、グループGR1の送波素子11aに第1の組の電気信号が入力され(S113)、送波アレイ11から第1の組の電気信号に基づくグレーティングローブ(送信ビームTB1)が送波される。 The control unit 101 sets the electric signal output from the transmission circuits 21a and 21b to the first frequency assigned to the first frequency table (S111), and outputs the electric signal to the transmission circuits 21a and 21b for a predetermined period. (S112). As a result, the first set of electric signals is input to the transmission element 11a of the group GR1 via the superimposition circuit 24 (S113), and the grating lobe (transmission) based on the first set of electric signals is transmitted from the transmission array 11. The beam TB1) is transmitted.

その後、制御部101は、当該電気信号の所定期間が経過するのを待つ(S114:NO)。所定期間が経過して、次の送信タイミングが到来すると(S114:YES)、制御部101は、処理をステップS111に戻して、送信回路21a、21bから出力される電気信号を、第1周波数テーブルに割り当てられた2番目の周波数に設定し、同様の処理を実行する。これにより、グレーティングローブ(送信ビームTB1)の送波方向が図9の角度θ01の方向に変化する。制御部101は、同様の処理を、第1周波数テーブルに割り当てられた最後の周波数が送信回路21a、21bに適用されるまで(S115:NO)、繰り返す。これにより、グレーティングローブ(送信ビームTB1)の送波方向が図9の角度θ01の範囲内で切り替えられ、角度θ01の範囲がグレーティングローブ(送信ビームTB1)によって走査される。 After that, the control unit 101 waits for a predetermined period of the electric signal to elapse (S114: NO). When the predetermined period elapses and the next transmission timing arrives (S114: YES), the control unit 101 returns the process to step S111 and displays the electric signals output from the transmission circuits 21a and 21b in the first frequency table. Set to the second frequency assigned to, and perform the same process. As a result, the wave transmission direction of the grating lobe (transmission beam TB1) changes in the direction of the angle θ01 in FIG. The control unit 101 repeats the same process until the last frequency assigned to the first frequency table is applied to the transmission circuits 21a and 21b (S115: NO). As a result, the transmission direction of the grating lobe (transmission beam TB1) is switched within the range of the angle θ01 in FIG. 9, and the range of the angle θ01 is scanned by the grating lobe (transmission beam TB1).

こうして、第1周波数テーブルに割り当てられた全ての周波数を送信回路21a、21bに適用して、1スキャン分の送信ビームTB1の送波を行うと(S115:YES)、制御部101は、処理を終了する。こうして、1スキャン分の最後の送波を行った後、当該送波に対する受信期間が終了するまで、制御部101は、送波を中断する。そして、受信期間が終了すると、制御部101は、再度、図13(a)の処理を実行し、次のスキャン分の送波を行う。こうして、制御部101は、送信回路21a、21bに適用される周波数を、第1周波数テーブルに割り当てられた周波数についてサイクリックに切り替えながら、送波アレイ11にグレーティングローブ(送信ビームTB1)を送波させる。これにより、図9の角度θ01の範囲が送信ビームTB1によって繰り返し走査される。 In this way, when all the frequencies assigned to the first frequency table are applied to the transmission circuits 21a and 21b to transmit the transmission beam TB1 for one scan (S115: YES), the control unit 101 performs processing. finish. In this way, after the final transmission for one scan is performed, the control unit 101 interrupts the transmission until the reception period for the transmission ends. Then, when the reception period ends, the control unit 101 executes the process of FIG. 13A again to transmit waves for the next scan. In this way, the control unit 101 transmits the grating lobe (transmission beam TB1) to the transmission array 11 while cyclically switching the frequencies applied to the transmission circuits 21a and 21b with respect to the frequencies assigned to the first frequency table. Let me. As a result, the range of the angle θ01 in FIG. 9 is repeatedly scanned by the transmission beam TB1.

図13(b)は、グループGR2の送波素子11aに対する送波処理を示すフローチャートである。 FIG. 13B is a flowchart showing a wave transmission process for the wave transmission element 11a of the group GR2.

制御部101は、送信回路22a〜22cから出力される電気信号を、第2周波数テーブルに割り当てられた1番目の周波数に設定して(S121)、送信回路22a〜22cに電気信号を所定期間出力させる(S122)。これにより、重畳回路24を介して、グループGR2の送波素子11aに第2の組の電気信号が入力され(S123)、送波アレイ11から第2の組の電気信号に基づくグレーティングローブ(送信ビームTB2)が送波される。 The control unit 101 sets the electric signal output from the transmission circuits 22a to 22c to the first frequency assigned to the second frequency table (S121), and outputs the electric signal to the transmission circuits 22a to 22c for a predetermined period. (S122). As a result, the second set of electric signals is input to the transmission element 11a of the group GR2 via the superimposition circuit 24 (S123), and the grating lobe (transmission) based on the second set of electric signals is transmitted from the transmission array 11. The beam TB2) is transmitted.

その後、制御部101は、図13(a)の場合と同様、第2周波数テーブルに割り当てられた最後の周波数が送信回路22a〜22cに適用されるまで(S125:NO)、ステップS121〜S124の処理を繰り返し実行する。また、制御部101は、1スキャン分の最後の送波に対する受信期間が終了すると、再度、図13(a)の処理を実行し、同様の送波処理を繰り返す。これにより、送信回路22a〜22cに適用される周波数が、第2周波数テーブルに割り当てられた周波数についてサイクリックに切り替えられながら、送波アレイ11からグレーティングローブ(送信ビームTB2)が送波される。こうして、図9の角度θ02の範囲がグレーティングローブ(送信ビームTB2)によって走査される。 After that, the control unit 101 performs steps S121 to S124 until the last frequency assigned to the second frequency table is applied to the transmission circuits 22a to 22c (S125: NO), as in the case of FIG. 13A. Repeat the process. Further, when the reception period for the last wave transmission for one scan ends, the control unit 101 executes the process of FIG. 13A again, and repeats the same wave transmission process. As a result, the grating lobe (transmission beam TB2) is transmitted from the transmission array 11 while the frequencies applied to the transmission circuits 22a to 22c are cyclically switched with respect to the frequencies assigned to the second frequency table. In this way, the range of the angle θ02 in FIG. 9 is scanned by the grating lobe (transmission beam TB2).

なお、本実施形態では、第2周波数テーブルに割り当てられた周波数の数が、第1周波数テーブルに割り当てられた周波数の数より少ないため、ステップS114、S124の切り替えタイミングが同じである場合、全ての周波数が各送信回路に適用される期間は、図13(a)の処理よりも図13(b)の処理の方が短くなる。このため、制御部101は、全ての周波数が各送信回路に適用される期間が、図13(a)の処理と図13(b)の処理との間で同じとなるように、ステップS114、S124の切り替えタイミングを調整する。 In the present embodiment, the number of frequencies assigned to the second frequency table is smaller than the number of frequencies assigned to the first frequency table. Therefore, when the switching timings of steps S114 and S124 are the same, all the frequencies are assigned. The period in which the frequency is applied to each transmission circuit is shorter in the process of FIG. 13 (b) than in the process of FIG. 13 (a). Therefore, the control unit 101 takes steps S114 so that the period during which all frequencies are applied to each transmission circuit is the same between the process of FIG. 13 (a) and the process of FIG. 13 (b). Adjust the switching timing of S124.

あるいは、制御部101は、図13(b)の処理を1スキャン分終了した後、図13(a)の処理が1スキャン分終了するまで、図13(b)の処理を中断し、図13(a)の処理が1スキャン分終了した後、最後の受信期間が終了したタイミングで、図13(b)の次のスキャン分の処理を開始させる。これにより、一定期間ごとに、各処理に対する1スキャン分の受信信号を取得できるようになる。 Alternatively, the control unit 101 interrupts the process of FIG. 13 (b) after completing the process of FIG. 13 (b) for one scan, and then interrupts the process of FIG. 13 (b) until the process of FIG. 13 (a) is completed for one scan. After the process of (a) is completed for one scan, the process of the next scan of FIG. 13 (b) is started at the timing when the last reception period is completed. As a result, it becomes possible to acquire the received signal for one scan for each process at regular intervals.

図14は、受信信号を処理して検出画像を表示する処理を示すフローチャートである。この処理は、検知動作時に継続的に実行され、検知動作の終了に応じて終了される。 FIG. 14 is a flowchart showing a process of processing a received signal and displaying a detected image. This process is continuously executed during the detection operation and is terminated when the detection operation ends.

1スキャン分の受信信号がバッファ202から複数のバンドパスフィルタ203にそれぞれ供給される(S201)。各バンドパスフィルタ203は、入力された各チャンネルの受信信号から自身に設定された周波数の周波数成分(周波数受信信号)を抽出して、対応するビーム合成部204に供給する(S202)。ビーム合成部204は、入力された周波数成分(周波数受信信号)から、ビームフォーミングにより、水平方向(θ1方向)の各方位の信号成分を抽出する(S203)。これにより、各周波数によって規定される送波方向とビームフォーミングによる各方位とが交わる範囲に受信信号の強度データがマッピングされた強度データの分布が得られる。受信信号処理部123は、全てのビーム合成部204からの強度データを統合して、検知範囲に3次元状に強度データが分布するボリュームデータを構成する(S204)。受信信号処理部123は、ボリュームデータを、映像信号処理部124に供給する。 The received signal for one scan is supplied from the buffer 202 to the plurality of bandpass filters 203, respectively (S201). Each bandpass filter 203 extracts a frequency component (frequency reception signal) of the frequency set by itself from the input reception signal of each channel and supplies it to the corresponding beam synthesis unit 204 (S202). The beam synthesizing unit 204 extracts signal components in each direction in the horizontal direction (θ1 direction) from the input frequency components (frequency reception signals) by beamforming (S203). As a result, it is possible to obtain a distribution of intensity data in which the intensity data of the received signal is mapped to the range where the wave transmission direction defined by each frequency and each direction by beamforming intersect. The reception signal processing unit 123 integrates the intensity data from all the beam synthesizing units 204 to form volume data in which the intensity data is three-dimensionally distributed in the detection range (S204). The reception signal processing unit 123 supplies the volume data to the video signal processing unit 124.

映像信号処理部124は、ボリュームデータを処理して、検知範囲における物標の検知状況を表示するための画像データを生成し、生成した画像データを表示部125に供給する(S205)。表示部125は、入力された画像データに基づく画像を表示する(S206)。これにより、検知範囲における1スキャン分の物標の検出状況が表示される。こうして、1スキャン分の処理が終了する。その後、図14の処理が繰り返し実行され、その後のスキャンに対する探知画像が表示部125に表示される。 The video signal processing unit 124 processes the volume data to generate image data for displaying the detection status of the target in the detection range, and supplies the generated image data to the display unit 125 (S205). The display unit 125 displays an image based on the input image data (S206). As a result, the detection status of the target for one scan in the detection range is displayed. In this way, the processing for one scan is completed. After that, the process of FIG. 14 is repeatedly executed, and the detected image for the subsequent scan is displayed on the display unit 125.

図15は、上述の物標検出装置1が、水中の物標を検知するソナーとして用いられる場合の構成を模式的に示す図である。 FIG. 15 is a diagram schematically showing a configuration when the above-mentioned target detection device 1 is used as a sonar for detecting a target in water.

船2の船底に、送受波器300が設置される。送受波器300は、送波アレイ11と、受波アレイ31とを備えている。送波アレイ11は、上述の処理により水中に送信波を送波する。ここでは、送信波として、音波(たとえば超音波)が送波される。これにより、鉛直平面に平行な角度θ0の範囲において、送信ビームTB1、TB2が走査される。 A transmitter / receiver 300 is installed on the bottom of the ship 2. The transmitter / receiver 300 includes a transmitter array 11 and a receiver array 31. The wave transmission array 11 transmits a transmitted wave into the water by the above-mentioned process. Here, sound waves (for example, ultrasonic waves) are transmitted as transmitted waves. As a result, the transmission beams TB1 and TB2 are scanned in a range of an angle θ0 parallel to the vertical plane.

図11の構成のうち送波アレイ11、受波アレイ31および表示部125以外の構成は、船2の操舵室2aに設置された制御装置に装備される。表示部125は、制御装置とは別に、操舵室2aに設置される。表示部125が制御装置に一体化されてもよい。 Of the configurations shown in FIG. 11, the configurations other than the transmission array 11, the reception array 31 and the display unit 125 are mounted on the control device installed in the wheelhouse 2a of the ship 2. The display unit 125 is installed in the wheelhouse 2a separately from the control device. The display unit 125 may be integrated with the control device.

この構成によれば、水底3や魚群4の状況を示す検出画像が表示部125に表示される。これにより、使用者は、水中の状況を把握できる。なお、前方、後方、左方および右方にそれぞれ向けられた4つの送受波器300が船底に設置されてもよい。この場合、送受波器300ごとに、図11の送波系および受波系の構成が準備される。これにより、船の全周囲の検出画像を表示部125に表示させることができる。 According to this configuration, a detection image showing the status of the water bottom 3 and the school of fish 4 is displayed on the display unit 125. As a result, the user can grasp the underwater situation. It should be noted that four transmitters / receivers 300, which are directed to the front, the rear, the left, and the right, may be installed on the bottom of the ship. In this case, the transmission system and the configuration of the reception system shown in FIG. 11 are prepared for each of the transmitter / receiver 300. As a result, the detection image of the entire circumference of the ship can be displayed on the display unit 125.

また、上述の物標検出装置1が、空中の物標を検知するレーダとして用いられる場合、たとえば、操舵室2aの上部に、送受波器400が設置される。送受波器400は、送波アレイ11と、受波アレイ31とを備えている。送波アレイ11は、上述の処理により空中に送信波を送波する。ここでは、送信波として、電波が送波される。回路部の構成は、ソナーの場合と同様、操舵室2aに設置される。 Further, when the above-mentioned target detection device 1 is used as a radar for detecting a target in the air, for example, a transmitter / receiver 400 is installed above the wheelhouse 2a. The transmitter / receiver 400 includes a transmitter array 11 and a receiver array 31. The wave transmission array 11 transmits a transmitted wave into the air by the above processing. Here, radio waves are transmitted as transmitted waves. The configuration of the circuit unit is installed in the wheelhouse 2a as in the case of sonar.

この構成によれば、障害物や鳥群等の状況を示す検出画像が表示部125に表示される。これにより、使用者は、空中の状況を把握できる。なお、操舵室2aの前後左右の側面にそれぞれ送受波器400が設置されてもよい。この場合、送受波器400ごとに、図11の送波系および受波系の構成が準備される。これにより、船の全周囲の空間の検出画像を表示部125に表示させることができる。 According to this configuration, a detection image showing the situation of an obstacle, a flock of birds, or the like is displayed on the display unit 125. As a result, the user can grasp the situation in the air. The transmitter / receiver 400 may be installed on each of the front, rear, left, and right sides of the wheelhouse 2a. In this case, the transmission system and the configuration of the reception system shown in FIG. 11 are prepared for each transmitter / receiver 400. As a result, the detection image of the space around the entire ship can be displayed on the display unit 125.

<実施形態の効果>
実施形態によれば、以下の効果が奏され得る。
<Effect of embodiment>
According to the embodiment, the following effects can be achieved.

第1グループ構成(グループGR1)に従ってグループ化された送波素子11aから送波されるグレーティングローブと、第2グループ構成(グループGR2)に従ってグループ化された送波素子11aから送波されるグレーティングローブとの間で、送波方向を相違させることができる。よって、1つの送波アレイ11により、送波方向が異なる複数の送信ビーム(グレーティングローブ)を送波させることができる。したがって、簡易な構成により円滑に物標を検出することができる。 A grating lobe transmitted from the transmitting element 11a grouped according to the first group configuration (group GR1) and a grating lobe transmitted from the transmitting element 11a grouped according to the second group configuration (group GR2). The wave transmission direction can be different from that of. Therefore, one transmission array 11 can transmit a plurality of transmission beams (grating lobes) having different transmission directions. Therefore, the target can be detected smoothly with a simple configuration.

また、共通の送波素子11aが第1のグループ構成および第2のグループ構成に用いられるため、第1のグループ構成および第2のグループ構成ごとに送波素子11aを準備する必要がない。よって、送波アレイ11の構成を簡素化でき、コストの低減を図ることができる。 Further, since the common wave transmitting element 11a is used for the first group configuration and the second group configuration, it is not necessary to prepare the transmitting element 11a for each of the first group configuration and the second group configuration. Therefore, the configuration of the wave transmission array 11 can be simplified and the cost can be reduced.

また、送波素子11aの間隔が一定であるため、第1の組および第2の組の電気信号の位相を調整することにより、所定の送波方向で円滑にグレーティングローブを出現させることができる。 Further, since the interval between the wave transmitting elements 11a is constant, the grating lobe can be smoothly generated in a predetermined wave transmitting direction by adjusting the phases of the electric signals of the first set and the second set. ..

また、図2に示したように、第1の組の各電気信号と第2の組の各電気信号とを重畳し、重畳した電気信号を対応する送波素子11aに入力する重畳回路24が配されているため、図9に示したように、第1の組の電気信号に基づくグレーティングローブ(送信ビームTB1)と、第2の組の電気信号に基づくグレーティングローブ(送信ビームTB2)とを同時に送波させることができる。よって、探知領域に対する物標の検出を迅速に行うことができる。 Further, as shown in FIG. 2, a superimposition circuit 24 that superimposes each electric signal of the first set and each electric signal of the second set and inputs the superposed electric signal to the corresponding transmitting element 11a. Since they are arranged, as shown in FIG. 9, the grating lobe (transmission beam TB1) based on the first set of electrical signals and the grating lobe (transmission beam TB2) based on the second set of electrical signals are arranged. It is possible to send waves at the same time. Therefore, it is possible to quickly detect a target in the detection area.

また、第1周波数テーブルに割り当てられた第1の組の電気信号の周波数と、第2周波数テーブルに割り当てられた第2の組の電気信号の周波数とが、互いに異なっている。このため、図11に示した受信信号処理部123において、第1の組の電気信号のグレーティングローブに基づく受信信号と、第2の組の電気信号のグレーティングローブに基づく受信信号とを、周波数により、抽出できる。よって、重畳回路24による電気信号の重畳によって、これら2つのグレーティングローブが同時に送波されても、各グレーティングローブに基づく受信信号を、受信信号処理部123において適切に抽出でき、各グレーティグローブの方向に存在する物標を円滑に検知できる。 Further, the frequencies of the first set of electric signals assigned to the first frequency table and the frequencies of the second set of electric signals assigned to the second frequency table are different from each other. Therefore, in the received signal processing unit 123 shown in FIG. 11, the received signal based on the grating lobe of the first set of electric signals and the received signal based on the grating lobe of the second set of electric signals are divided by frequency. , Can be extracted. Therefore, even if these two grating lobes are simultaneously transmitted by the superimposition of the electric signal by the superimposition circuit 24, the reception signal based on each grating lobe can be appropriately extracted by the reception signal processing unit 123, and each grating globe can be appropriately extracted. Targets existing in the direction can be detected smoothly.

図13(a)、(b)に示したように、信号生成部111は、第1の組の電気信号の周波数を第1周波数テーブルに従って変化させ、第2の組の電気信号の周波数を第2周波数テーブルに従って変化させる。このように周波数を変化させることにより、上記シミュレーション結果において示したように、第1の組の電気信号および第2の組の電気信号にそれぞれ基づくグレーティングローブの送波方向を変化させることができる。これにより、これらグレーティングローブによって、それぞれ、所定の角度範囲を走査することができ、物標の探知範囲を広げることができる。 As shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b), the signal generation unit 111 changes the frequency of the first set of electric signals according to the first frequency table, and changes the frequency of the second set of electric signals to the second. 2 Change according to the frequency table. By changing the frequency in this way, as shown in the above simulation result, it is possible to change the transmission direction of the grating lobe based on the first set of electric signals and the second set of electric signals, respectively. Thereby, each of these grating lobes can scan a predetermined angle range, and the detection range of the target can be expanded.

図12(a)、(b)を参照して説明したとおり、受信信号処理部123は、受信信号の周波数成分に基づいて、グレーティングローブの反射波に基づく受信信号を抽出する。これにより、送波アレイ11から送波された各グレーティングローブに基づく受信信号を適正に取得できる。よって、受信信号に基づき、物標を適正に検知できる。 As described with reference to FIGS. 12A and 12B, the reception signal processing unit 123 extracts the reception signal based on the reflected wave of the grating lobe based on the frequency component of the reception signal. As a result, the received signal based on each grating lobe transmitted from the transmission array 11 can be appropriately acquired. Therefore, the target can be properly detected based on the received signal.

図10に示したように、受波アレイ31は、複数の受波素子31aを含み、受波アレイ31は、送波アレイ11と異なり、各受波素子31aから生じる受信信号に基づいて生成される受信ビームが、送波アレイ11により生成される送信ビームと交差する。この構成により、受信ビームRB0と送信ビームTB0(グレーティングローブ)とが交差する範囲において、反射波の強度に基づく強度データの分布を算出できる。よって、ビームフォーミングにより受信ビームRB0の指向方向を検知範囲内で変化させることにより、検知範囲に3次元状に分布する反射波の強度データを構成できる。 As shown in FIG. 10, the receiving array 31 includes a plurality of receiving elements 31a, and unlike the transmitting array 11, the receiving array 31 is generated based on the received signal generated from each receiving element 31a. The received beam intersects the transmitted beam generated by the wave array 11. With this configuration, the distribution of intensity data based on the intensity of the reflected wave can be calculated in the range where the received beam RB0 and the transmitted beam TB0 (grating lobe) intersect. Therefore, by changing the directivity direction of the received beam RB0 within the detection range by beamforming, it is possible to construct the intensity data of the reflected wave distributed three-dimensionally in the detection range.

<変更例1>
上記実施形態では、図2に示すように、2系統の電気信号を、重畳回路24により重畳して、対応する送波素子11aに入力させたが、図16に示すように、送波素子11aに入力される電気信号を、2系統の電気信号の何れか一方に時分割で切り替えるようにしてもよい。この構成では、送信回路21a、21b、22a〜22cに1つの周波数が適用されている間に、切替回路25が切り替えられて、当該周波数における第1の組の電気信号と第2の組の電気信号が、時分割で送波素子11aに供給される。この構成によれば、図9に示す送信ビームTB1、TB2は、同時に送波されず、切替回路25の切り替えに応じて交互に送波される。
<Change example 1>
In the above embodiment, as shown in FIG. 2, two systems of electric signals are superposed by the superimposing circuit 24 and input to the corresponding transmitting element 11a. However, as shown in FIG. 16, the transmitting element 11a is input. The electric signal input to may be switched to one of the two electric signals in a time-division manner. In this configuration, while one frequency is applied to the transmission circuits 21a, 21b, 22a-22c, the switching circuit 25 is switched to provide a first set of electrical signals and a second set of electricity at that frequency. The signal is supplied to the wave transmitting element 11a in a time division manner. According to this configuration, the transmission beams TB1 and TB2 shown in FIG. 9 are not simultaneously transmitted, but are alternately transmitted according to the switching of the switching circuit 25.

この構成によっても、上記実施形態と同様、第1周波数テーブルおよび第2周波数テーブルに従って送信回路21a、21b、22a〜22cに適用される周波数を切り替えることにより、送信ビームTB1、TB2によって、角度θ01、θ02の範囲を走査できる。よって、送波アレイ11を複数設ける必要がなく、簡易な構成により物標を検出することができる。 Also in this configuration, the angles θ01, by the transmission beams TB1 and TB2, by switching the frequencies applied to the transmission circuits 21a, 21b, 22a to 22c according to the first frequency table and the second frequency table, as in the above embodiment. The range of θ02 can be scanned. Therefore, it is not necessary to provide a plurality of wave transmission arrays 11, and the target can be detected by a simple configuration.

ただし、この構成では、送信ビームTB1、TB2が、同時に送波されず、切替回路25の切り替えに応じて交互に送波されるため、送信ビームTB1、TB2で角度θ01、θ02の範囲を走査する期間が長くなる。このため、より迅速にスキャンを行うためには、上記実施形態のように、2系統の電気信号を重畳回路24により重畳して送波素子11aに供給する構成が好ましい。 However, in this configuration, the transmission beams TB1 and TB2 are not simultaneously transmitted, but are alternately transmitted according to the switching of the switching circuit 25. Therefore, the transmission beams TB1 and TB2 scan the range of angles θ01 and θ02. The period will be longer. Therefore, in order to perform scanning more quickly, it is preferable to have a configuration in which two systems of electric signals are superposed by the superimposing circuit 24 and supplied to the transmitting element 11a as in the above embodiment.

なお、図16の構成において、切替回路25は、たとえば、マルチプレクサや、トランジスタを用いたスイッチング回路により構成され得る。ただし、切替回路25の構成は、これに限られるものではない。たとえば、電磁駆動式のメカニカルスイッチが、切替回路25として用いられてもよい。 In the configuration of FIG. 16, the switching circuit 25 may be configured by, for example, a multiplexer or a switching circuit using a transistor. However, the configuration of the switching circuit 25 is not limited to this. For example, an electromagnetically driven mechanical switch may be used as the switching circuit 25.

なお、変更例1の構成では、グループGR1の送波素子11aとグループGR2の送波素子11aに対して、第1の組の電気信号と第2の組の電気信号が時分割で入力されため、図9の送信ビームTB1、TB2(グレーティングローブ)は、時分割で送波される。このため、図11の受信信号処理部123は、必ずしも、第1の組の電気信号に基づく受信信号と第2の組の電気信号に基づく受信信号とを周波数により抽出するための構成を備えずともよく、送信ビームTB1、TB2の送波タイミングによって、これら送信ビームTB1、TB2の送波方向を特定してもよい。 In the configuration of the first modification, the first set of electric signals and the second set of electric signals are input in a time division manner to the transmission element 11a of the group GR1 and the transmission element 11a of the group GR2. , The transmission beams TB1 and TB2 (grating lobes) of FIG. 9 are transmitted in a time-division manner. Therefore, the received signal processing unit 123 of FIG. 11 does not necessarily have a configuration for extracting the received signal based on the first set of electric signals and the received signal based on the second set of electric signals by frequency. In some cases, the transmission directions of the transmission beams TB1 and TB2 may be specified by the transmission timing of the transmission beams TB1 and TB2.

この場合、たとえば、制御部101は、各送波タイミングにおいて送波された送信ビームの周波数を受信信号処理部123に出力し、受信信号処理部123は、入力された周波数に基づいて、送信ビームTB1、TB2の送波方向を特定すればよい。あるいは、制御部101は、各送波タイミングにおいて、送波された送信ビームTB1、TB2の送波方向を特定可能な他の情報を、受信信号処理部123に送信し、受信信号処理部123は、この情報に基づいて、送波された送信ビームTB1、TB2の送波方向を特定してもよい。 In this case, for example, the control unit 101 outputs the frequency of the transmitted beam transmitted at each transmission timing to the reception signal processing unit 123, and the reception signal processing unit 123 outputs the transmission beam based on the input frequency. The wave transmission directions of TB1 and TB2 may be specified. Alternatively, the control unit 101 transmits other information capable of specifying the transmission directions of the transmitted transmission beams TB1 and TB2 to the reception signal processing unit 123 at each transmission timing, and the reception signal processing unit 123 sends the reception signal processing unit 123. , The transmission direction of the transmitted transmission beams TB1 and TB2 may be specified based on this information.

<変更例2>
上記実施形態では、グループGR1およびグループGR2をそれぞれ構成する複数の送波素子11aに対して、互いに異なる位相の電気信号が入力されたが、変更例2では、グループGR1およびグループGR2をそれぞれ構成する複数の送波素子11aのうち所定数の送波素子11aに対して、同じ位相の電気信号が入力される。
<Change example 2>
In the above embodiment, electric signals having different phases are input to the plurality of transmitting elements 11a constituting the group GR1 and the group GR2, respectively, but in the second modification, the group GR1 and the group GR2 are respectively configured. Electric signals having the same phase are input to a predetermined number of wave transmitting elements 11a among the plurality of transmitting elements 11a.

図17は、変更例2に係る送波系の構成を示す図である。 FIG. 17 is a diagram showing a configuration of a wave transmission system according to the second modification.

図17に示すように、第1のグループ構成では、6つの送波素子11aによってグループGR1が構成され、第2のグループ構成では、8つの送波素子11aによってグループGR2が構成される。グループGR1を構成する6つの送波素子11aのうち、連続する3つの送波素子11aに位相が0°の第1の組の電気信号が入力され、他の連続する3つの送波素子11aに位相が180°の第1の組の電気信号が入力される。また、グループGR2を構成する8つの送波素子11aのうち、連続する4つの送波素子11aに位相が0°の第2の組の電気信号が入力され、他の連続する4つの送波素子11aに位相が180°の第2の組の電気信号が入力される。25番目以降の送波素子11aには、1〜24番目の送波素子11aと同様の位相パターンが繰り返されるように、第1の組および第2の組の電気信号が入力される。 As shown in FIG. 17, in the first group configuration, the group GR1 is composed of the six transmitting elements 11a, and in the second group configuration, the group GR2 is composed of the eight transmitting elements 11a. Of the six transmitter elements 11a constituting the group GR1, the first set of electric signals having a phase of 0 ° is input to the three consecutive transmitter elements 11a, and the other three consecutive transmitter elements 11a A first set of electrical signals with a phase of 180 ° is input. Further, of the eight transmitting elements 11a constituting the group GR2, a second set of electric signals having a phase of 0 ° is input to the four continuous transmitting elements 11a, and the other four continuous transmitting elements A second set of electrical signals having a phase of 180 ° is input to 11a. The first set and the second set of electric signals are input to the 25th and subsequent transmission elements 11a so that the same phase pattern as that of the 1st to 24th transmission elements 11a is repeated.

変更例2の構成では、グループGR1に含まれる6つの送波素子11aに対して、互いに位相が異なる2種類の電気信号が入力される。すなわち、グループGR1に含まれる送波素子11aの数(6つ)は、第1の組の電気信号の種類の数(2つ)の倍数(3倍)となっている。また、グループGR2に含まれる8つの送波素子11aに対して、互いに位相が異なる2種類の電気信号が入力される。すなわち、グループGR2に含まれる送波素子11aの数(8つ)は、第2の組の電気信号の種類の数(2つ)の倍数(4倍)となっている。なお、上記実施形態においても、グループGR1およびグループGR2にそれぞれ含まれる送波素子11aの数(4つ、6つ)は、第1の組および第2の組の電気信号の種類の数(4つ、6つ)の倍数(1倍)となっている。 In the configuration of the second modification, two types of electric signals having different phases are input to the six transmitting elements 11a included in the group GR1. That is, the number (6) of the wave transmitting elements 11a included in the group GR1 is a multiple (3 times) of the number (2) of the types of electric signals of the first set. Further, two types of electric signals having different phases are input to the eight transmitting elements 11a included in the group GR2. That is, the number (8) of the wave transmitting elements 11a included in the group GR2 is a multiple (4 times) of the number (2) of the types of electric signals of the second set. Also in the above embodiment, the number (4, 6) of the wave transmitting elements 11a included in the group GR1 and the group GR2, respectively, is the number of types of electric signals of the first set and the second set (4). It is a multiple (1 times) of 6).

第1の組の電気信号は、送信回路26と、当該送信回路26に接続された位相調整回路28によって生成される。第2の組の電気信号は、送信回路27と、当該送信回路27に接続された位相調整回路28によって生成される。位相調整回路28は、上記実施形態の位相調整回路23と同様の構成である。重畳回路29は、入力された2系統の電気信号を重畳して出力する。重畳回路29は、上記実施形態の重畳回路24と同様の構成である。 The first set of electrical signals is generated by a transmission circuit 26 and a phase adjustment circuit 28 connected to the transmission circuit 26. The second set of electrical signals is generated by the transmission circuit 27 and the phase adjustment circuit 28 connected to the transmission circuit 27. The phase adjustment circuit 28 has the same configuration as the phase adjustment circuit 23 of the above embodiment. The superimposition circuit 29 superimposes and outputs the two input electric signals. The superimposition circuit 29 has the same configuration as the superimposition circuit 24 of the above embodiment.

送信回路26、27は、それぞれ、位相が0°の正弦波状の電気信号を出力する。送信回路26は、出力する電気信号の周波数を、第1周波数テーブルに割り当てられた周波数に基づいて切り替える。第1周波数テーブルには、たとえば、130、140、150、160、170kHzの周波数が割り当てられる。送信回路27は、出力する電気信号の周波数を、第2周波数テーブルに割り当てられた周波数に基づいて切り替える。第2周波数テーブルには、たとえば、135、145、155、165kHzの周波数が割り当てられる。 The transmission circuits 26 and 27 each output a sinusoidal electric signal having a phase of 0 °. The transmission circuit 26 switches the frequency of the output electric signal based on the frequency assigned to the first frequency table. The first frequency table is assigned, for example, frequencies of 130, 140, 150, 160, 170 kHz. The transmission circuit 27 switches the frequency of the output electric signal based on the frequency assigned to the second frequency table. The second frequency table is assigned frequencies of, for example, 135, 145, 155, 165 kHz.

図17の構成では、グループGR1の6つの送波素子11aのうち、連続する3つの送波素子11aに同じ位相の電気信号が入力されるため、連続する3つの送波素子11aが1つの送波領域として機能する。このため、グループGR1の送波素子11aについては、連続する3つの送波素子11aにより構成される送波領域間のピッチで電気信号の位相が変化することになる。たとえば、送波素子11a間のピッチが2.5mmである場合、電気信号の位相が変化するピッチは7.5mmとなる。 In the configuration of FIG. 17, among the six transmission elements 11a of the group GR1, since the electric signals having the same phase are input to the three consecutive transmission elements 11a, the three consecutive transmission elements 11a are one transmission. Functions as a wave region. Therefore, for the transmission element 11a of the group GR1, the phase of the electric signal changes at the pitch between the transmission regions composed of the three consecutive transmission elements 11a. For example, when the pitch between the wave transmitting elements 11a is 2.5 mm, the pitch at which the phase of the electric signal changes is 7.5 mm.

また、グループGR2の8つの送波素子11aのうち、連続する4つの送波素子11aに同じ位相の電気信号が入力されるため、連続する4つの送波素子11aが1つの送波領域として機能する。このため、グループGR2の送波素子11aについては、連続する4つの送波素子11aにより構成される送波領域間のピッチで電気信号の位相が変化することになる。たとえば、送波素子11a間のピッチが2.5mmである場合、電気信号の位相が変化するピッチは10mmとなる。 Further, since the electric signals having the same phase are input to the four continuous transmission elements 11a among the eight transmission elements 11a of the group GR2, the four consecutive transmission elements 11a function as one transmission region. To do. Therefore, with respect to the transmission element 11a of the group GR2, the phase of the electric signal changes at the pitch between the transmission regions composed of the four consecutive transmission elements 11a. For example, when the pitch between the wave transmitting elements 11a is 2.5 mm, the pitch at which the phase of the electric signal changes is 10 mm.

このように、変更例2では、第1の組の電気信号をグループGR1の送波素子11aに入力する場合と、第2の組の電気信号をグループGR2の送波素子11aに入力する場合とで、電気信号の位相が切り替わるピッチが異なる。これにより、グループGR1の送波素子11aにより生じるグレーティングローブの送波方向とグループGR2の送波素子11aにより生じるグレーティングローブの送波方向とが互いに異なるようになる。そして、第1の組の電気信号および第2の組の電気信号の周波数をそれぞれ第1周波数テーブルおよび第2周波数テーブルに従って変化させることにより、上記実施形態と同様、各グレーティングローブの送波方向を変化させることができる。これにより、所定の探知範囲において、2つのグレーティングローブ(送信ビーム)を走査させることができる。 As described above, in the second modification, the first set of electric signals is input to the transmitting element 11a of the group GR1 and the second set of electric signals is input to the transmitting element 11a of the group GR2. Therefore, the pitch at which the phase of the electric signal is switched is different. As a result, the transmission direction of the grating lobe generated by the transmission element 11a of the group GR1 and the transmission direction of the grating lobe generated by the transmission element 11a of the group GR2 are different from each other. Then, by changing the frequencies of the first set of electric signals and the second set of electric signals according to the first frequency table and the second frequency table, respectively, the wave transmission direction of each grating lobe is changed as in the above embodiment. Can be changed. As a result, the two grating lobes (transmitted beams) can be scanned in a predetermined detection range.

図18(a)〜図21(b)は、変更例2の構成においてグレーティングローブが生じる送波方向をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。 18 (a) to 21 (b) are diagrams showing the simulation results obtained by simulating the wave transmission direction in which the grating lobe is generated in the configuration of the second modification.

このシミュレーションでは、送波素子11aのピッチを2.5mmに設定した。送波素子11aの数は、96個とした。また、第1の組の電気信号および第2の組の電気信号を、それぞれ、第1周波数テーブルおよび第2周波数テーブルに割り当てられた上記各周波数に変化させた。また、各送波素子11aに印加される電気信号の位相は、図17と同様に設定した。 In this simulation, the pitch of the wave transmitting element 11a was set to 2.5 mm. The number of wave transmitting elements 11a was 96. Further, the first set of electric signals and the second set of electric signals were changed to the above frequencies assigned to the first frequency table and the second frequency table, respectively. Further, the phase of the electric signal applied to each transmitting element 11a was set in the same manner as in FIG.

図18(a)〜図19(c)は、それぞれ、グループGR1の送波素子11aに周波数130、140、150、160、170kHzの第1の組の電気信号を印加した場合のシミュレーション結果である。また、図20(a)〜図21(b)は、それぞれ、グループGR2の送波素子11aに周波数135、145、155、165kHzの第2の組の電気信号を印加した場合のシミュレーション結果である。 18 (a) to 19 (c) are simulation results when a first set of electric signals having frequencies of 130, 140, 150, 160, and 170 kHz are applied to the transmission element 11a of the group GR1, respectively. .. 20 (a) to 21 (b) are simulation results when a second set of electric signals having frequencies 135, 145, 155, and 165 kHz is applied to the wave transmitting element 11a of the group GR2, respectively. ..

図18(a)〜図19(c)に示すように、グループGR1の送波素子11aに周波数130、140、150、160、170kHzの電気信号を印加した場合、互いに異なる角度D11、D12、D13、D14、D15付近にグレーティングローブが生じる。これら5のグレーティングローブは、概ね、−50°〜−36°の範囲をカバーする。したがって、上記のようにグループGR1の送波素子11aに印加される電気信号の周波数を変化させることにより、グループGR1の送波素子11aから生じるグレーティングローブによって、−50°〜−36°の範囲を走査できる。 As shown in FIGS. 18 (a) to 19 (c), when an electric signal having a frequency of 130, 140, 150, 160, 170 kHz is applied to the transmitting element 11a of the group GR1, the angles D11, D12, D13 are different from each other. , D14, D15 and grating lobes are formed. These five grating lobes generally cover the range of −50 ° to −36 °. Therefore, by changing the frequency of the electric signal applied to the transmitting element 11a of the group GR1 as described above, the grating lobe generated from the transmitting element 11a of the group GR1 causes a range of −50 ° to −36 °. Can be scanned.

また、図20(a)〜図21(b)に示すように、グループGR2の送波素子11aに周波数135、145、155、165kHzの電気信号を印加した場合は、互いに異なる角度D21、D22、D23、D24付近にグレーティングローブが生じる。これら4のグレーティングローブは、概ね、−34°〜−27°の範囲をカバーする。したがって、上記のようにグループGR2の送波素子11aに印加される電気信号の周波数を変化させることにより、グループGR2の送波素子11aから生じるグレーティングローブによって、−34°〜−27°の範囲を走査できる。 Further, as shown in FIGS. 20A to 21B, when an electric signal having a frequency of 135, 145, 155, or 165 kHz is applied to the transmitting element 11a of the group GR2, the angles D21, D22, which are different from each other, Grating lobes are formed near D23 and D24. These four grating lobes generally cover the range of −34 ° to −27 °. Therefore, by changing the frequency of the electric signal applied to the transmitting element 11a of the group GR2 as described above, the grating lobe generated from the transmitting element 11a of the group GR2 causes a range of −34 ° to −27 °. Can be scanned.

以上のように、上記シミュレーション条件に従うことにより、グループGR1の送波素子11aで形成されるグレーティングローブによって、概ね14°の角度範囲(−50°〜−36°)をカバーでき、グループGR2の送波素子11aで形成されるグレーティングローブによって、概ね7°の角度範囲(−34°〜−27°)をカバーできる。グループGR1、GR2による角度範囲を統合すると、概ね23°(−50°〜−27°)の角度範囲を2つのグレーティングローブによってカバーできる。すなわち、23°の視野角を実現できる。 As described above, according to the above simulation conditions, the grating lobe formed by the wave transmitting element 11a of the group GR1 can cover an angle range of approximately 14 ° (-50 ° to −36 °), and the transmission of the group GR2. The grating lobe formed by the wave element 11a can cover an angle range of approximately 7 ° (−34 ° to −27 °). When the angle ranges of the groups GR1 and GR2 are integrated, the angle range of approximately 23 ° (-50 ° to −27 °) can be covered by the two grating lobes. That is, a viewing angle of 23 ° can be realized.

したがって、変更例2の構成によっても、グループGR1の送波素子11aにより生じる一方のグレーティングローブと、グループGR2の送波素子11aにより生じる一方グレーティングローブとによって、略23°の角度範囲を走査できる。 Therefore, even with the configuration of the second modification, the angle range of approximately 23 ° can be scanned by the one grating lobe generated by the transmitting element 11a of the group GR1 and the one grating lobe generated by the transmitting element 11a of the group GR2.

なお、変更例2の構成では、上記各シミュレーション結果に示すように、グループGR1の送波素子11aおよびグループGR2によって、それぞれ、2つのグレーティングローブが生じる。この場合、物標の検出には、たとえば、2つのグレーティングローブのうち一方(たとえば、図18(a)〜図21(b)のシミュレーションでは、マイナス側のグレーティングローブ)のみを用いればよい。たとえば、他方のグレーティングローブが受信ビームRB0の範囲から外れるように、受信ビームRB0の角度範囲を設定すればよい。これにより、図11〜図12(b)と同様の回路構成を用いて、図13(a)〜図14の処理を行うことにより、所定の探知範囲の検出画像を表示部125に表示させることができる。 In the configuration of the second modification, as shown in the above simulation results, two grating lobes are generated by the transmitting element 11a and the group GR2 of the group GR1 respectively. In this case, for the detection of the target, for example, only one of the two grating lobes (for example, in the simulation of FIGS. 18A to 21B, the grating lobe on the minus side) may be used. For example, the angular range of the reception beam RB0 may be set so that the other grating lobe is out of the range of the reception beam RB0. As a result, the detection image in the predetermined detection range is displayed on the display unit 125 by performing the processes of FIGS. 13 (a) to 14 using the same circuit configuration as in FIGS. 11 to 12 (b). Can be done.

<その他の変更例>
上記実施形態では、図12(a)、(b)に示すように、受信信号から各周波数の周波数成分が抽出された後、ビームフォーミングの処理により各方位の信号に分離されたが、先にビームフォーミングの処理により受信信号を各方位の信号に分離し、分離後の各方位の信号に対して各周波数の周波数成分が抽出されてもよい。すなわち、図12(a)のバンドパスフィルタ203とビーム合成部204とが互いに置き換えられてもよく、また、図12(b)のFFT211および周波数抽出部212とビーム合成部204とが互いに置き換えられてもよい。
<Other changes>
In the above embodiment, as shown in FIGS. 12A and 12B, after the frequency components of each frequency are extracted from the received signal, they are separated into signals in each direction by the beam forming process, but first. The received signal may be separated into signals in each direction by the beam forming process, and the frequency components of each frequency may be extracted from the separated signals in each direction. That is, the bandpass filter 203 and the beam synthesis unit 204 in FIG. 12A may be replaced with each other, and the FFT 211 and the frequency extraction unit 212 and the beam synthesis unit 204 in FIG. 12B are replaced with each other. You may.

また、上記実施形態では、図10に示すように、受波素子31aが複数設けられたが、1つの受波素子31aのみにより反射波が受波されてもよい。ただし、この場合は、受信ビームに対するビームフォーミングが行えないため、受信ビームの方位(図10のθ1の方位)が固定される。但し、その方位の受信ビームから受信信号の周波数成分を抽出することで、鉛直方向における各方向の強度データを取得できる。よって、鉛直方向の各方向の強度データをマッピングすることで、2次元状の検知画像を表示させることができる。 Further, in the above embodiment, as shown in FIG. 10, a plurality of receiving elements 31a are provided, but the reflected wave may be received only by one receiving element 31a. However, in this case, since beamforming with respect to the received beam cannot be performed, the direction of the received beam (direction of θ1 in FIG. 10) is fixed. However, by extracting the frequency component of the received signal from the received beam in that direction, the intensity data in each direction in the vertical direction can be acquired. Therefore, by mapping the intensity data in each direction in the vertical direction, a two-dimensional detection image can be displayed.

また、送波素子11aの数は、上記実施形態に示された数に限らず、複数種類のグループ構成を実現可能である限りにおいて、他の数であってもよい。また、送波アレイ11に含まれる複数の送波素子11aに対して、3種以上のグループ構成が設定されてもよく、各グループに含まれる送波素子11aの数も上記実施形態および変更例に記載された数に限られるものではない。何れの場合も、グループ構成の数に応じた数のグレーティングローブが送信波として形成される。 Further, the number of the wave transmitting elements 11a is not limited to the number shown in the above embodiment, and may be any other number as long as a plurality of types of group configurations can be realized. Further, three or more types of group configurations may be set for the plurality of transmitting elements 11a included in the transmitting array 11, and the number of transmitting elements 11a included in each group is also the above-described embodiment and modified examples. It is not limited to the numbers listed in. In either case, a number of grating lobes corresponding to the number of group configurations are formed as transmitted waves.

また、各グループの送波素子11aにより形成されるグレーティングローブは、必ずしも明確に分離されていなくてもよく、一部が重なっていてもよい。 Further, the grating lobes formed by the wave transmitting elements 11a of each group do not necessarily have to be clearly separated, and some of them may overlap.

また、上記実施形態では、送波アレイと受波アレイが互いに垂直に配置されたが、送波アレイと受波アレイが垂直からややずれた角度で配置されてもよい。 Further, in the above embodiment, the transmitting array and the receiving array are arranged vertically to each other, but the transmitting array and the receiving array may be arranged at an angle slightly deviated from the vertical.

さらに、図14には、船2に物標検出装置1(ソナー、レーダ)が配置される場合の構成が示されたが、物標検出装置1(ソナー、レーダ)が、船2以外の移動体に設置されてもよく、あるいは、浮標等、移動体以外の構造物に物標検出装置1(ソナー、レーダ)が設置されてもよい。 Further, FIG. 14 shows a configuration in which the target detection device 1 (sonar, radar) is arranged on the ship 2, but the target detection device 1 (sonar, radar) moves other than the ship 2. The target detection device 1 (sonar, radar) may be installed on a structure other than a moving body such as a floating target.

この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に記載の範囲で適宜種々の変更可能である。 In addition, various modifications of the embodiment of the present invention can be made as appropriate within the scope of the claims.

1 物標検出装置
11 送波アレイ
11a 送波素子
24 重畳回路
25 切替回路
31 受波アレイ
31a 受波素子
101 制御部
111 信号生成部
123 受信信号処理部
GR1 第1グループ
GR2 第2グループ
1 Target detection device 11 Wave transmission array 11a Wave transmission element 24 Superimposition circuit 25 Switching circuit 31 Wave reception array 31a Wave reception element 101 Control unit 111 Signal generation unit 123 Received signal processing unit GR1 1st group GR2 2nd group

Claims (19)

物標検出装置において、
電気信号を送信波に変換する複数の送波素子を有する送波アレイと、
電気信号の第1の組および前記第1の組と異なる電気信号の第2の組とを含む複数の組の電気信号を、前記組ごとに位相の設定を相違させて生成する信号生成部と、
を備え、
前記信号生成部は、
前記複数の送波素子を、第1のグループ構成および第2のグループ構成を含む複数のグループ構成に従ってグループ化し、
前記第1のグループ構成では、n個の前記送波素子をそれぞれ有する複数のグループに前記複数の送波素子をグループ化し、
前記第2のグループ構成では、前記n個とは異なるm個の前記送波素子をそれぞれ有する複数のグループに前記複数の送波素子をグループ化し、
前記第1のグループ構成の各グループに、前記第1の組の電気信号を入力し、
前記第2のグループ構成の各グループに、前記第2の組の電気信号を入力する、物標検出装置。
In the target detection device
A transmission array with multiple transmission elements that convert electrical signals into transmission waves,
A signal generation unit that generates a plurality of sets of electric signals including a first set of electric signals and a second set of electric signals different from the first set with different phase settings for each set. ,
With
The signal generator
The plurality of wave transmitting elements are grouped according to a plurality of group configurations including a first group configuration and a second group configuration.
In the first group configuration, the plurality of transmitter elements are grouped into a plurality of groups each having n of the transmitter elements.
In the second group configuration, the plurality of transmitting elements are grouped into a plurality of groups each having m of the transmitting elements different from the n.
An electric signal of the first set is input to each group of the first group configuration.
A target detection device that inputs the second set of electric signals to each group having the second group configuration.
請求項1に記載の物標検出装置において、
前記信号生成部は、前記電気信号間の位相シフトが等しい前記第1の組の電気信号を生成し、前記電気信号間の位相シフトが等しい前記第2の組の電気信号を生成する、物標検出装置。
In the target detection device according to claim 1,
The signal generation unit generates the first set of electric signals having the same phase shift between the electric signals, and generates the second set of electric signals having the same phase shift between the electric signals. Detection device.
請求項1または2に記載の物標検出装置において、
前記第1のグループ構成に用いられる前記複数の送波素子と、前記第2のグループ構成に用いられる前記複数の送波素子とは、同じである、物標検出装置。
In the target detection device according to claim 1 or 2.
The target detection device, wherein the plurality of transmitting elements used in the first group configuration and the plurality of transmitting elements used in the second group configuration are the same.
請求項1ないし3の何れか一項に記載の物標検出装置において、
前記複数の送波素子は、等間隔で配置されている、物標検出装置。
In the target detection device according to any one of claims 1 to 3,
A target detection device in which the plurality of wave transmitting elements are arranged at equal intervals.
請求項1ないし4の何れか一項に記載の物標検出装置において、
前記nは、前記第1の組の電気信号の数の倍数である、物標検出装置。
In the target detection device according to any one of claims 1 to 4,
The target detection device, wherein n is a multiple of the number of electric signals of the first set.
請求項1ないし5の何れか一項に記載の物標検出装置において、
前記mは、前記第2の組の電気信号の数の倍数である、物標検出装置。
In the target detection device according to any one of claims 1 to 5,
The target detection device, wherein m is a multiple of the number of electric signals of the second set.
請求項1ないし6の何れか一項に記載の物標検出装置において、
前記第1の組の電気信号と前記第2の組の電気信号とを重畳し、重畳した電気信号を前記複数の送波素子に入力する重畳回路をさらに備える、物標検出装置。
In the target detection device according to any one of claims 1 to 6,
A target detection device further comprising a superimposing circuit that superimposes the first set of electric signals and the second set of electric signals and inputs the superposed electric signals to the plurality of transmitting elements.
請求項1ないし6の何れか一項に記載の物標検出装置において、
前記第1の組の電気信号と前記第2の組の電気信号とが入力され、まず、前記第1の組の電気信号を前記送波アレイに出力し、次に、前記第2の組の電気信号を前記送波アレイに出力する切替回路をさらに備える、物標検出装置。
In the target detection device according to any one of claims 1 to 6,
The first set of electric signals and the second set of electric signals are input, first, the first set of electric signals is output to the wave transmission array, and then the second set of electric signals is output. A target detection device further including a switching circuit for outputting an electric signal to the wave transmission array.
請求項1ないし8の何れか一項に記載の物標検出装置において、
前記第1の組の電気信号の周波数と前記第2の組の電気信号の周波数は、異なる、物標検出装置。
In the target detection device according to any one of claims 1 to 8.
A target detection device in which the frequencies of the first set of electric signals and the frequencies of the second set of electric signals are different.
請求項1ないし9の何れか一項に記載の物標検出装置において、
前記信号生成部は、前記第1の組の電気信号および前記第2の組の電気信号の周波数を変化させる、物標検出装置。
In the target detection device according to any one of claims 1 to 9,
The signal generation unit is a target detection device that changes the frequencies of the first set of electric signals and the second set of electric signals.
請求項1ないし10の何れか一項に記載の物標検出装置において、
物標における前記送信波の反射により生じる反射波を受波して前記反射波を受信信号に変換する少なくとも1つの受波素子を含む受波アレイをさらに備える、物標検出装置。
In the target detection device according to any one of claims 1 to 10.
A target detection device further comprising a receiving array including at least one receiving element that receives a reflected wave generated by reflection of the transmitted wave in a target and converts the reflected wave into a received signal.
請求項11に記載の物標検出装置において、
前記受信信号を処理する受信信号処理部をさらに備え、
前記受信信号処理部は、前記受信信号の周波数成分に基づいて、当該周波数に対応する前記反射波に基づく等周波数受信信号を抽出する、物標検出装置。
In the target detection device according to claim 11,
A reception signal processing unit that processes the reception signal is further provided.
The reception signal processing unit is a target detection device that extracts an isofrequency reception signal based on the reflected wave corresponding to the frequency based on the frequency component of the reception signal.
請求項12に記載の物標検出装置において、
前記受信信号処理部は、
互いに異なる周波数でそれぞれ抽出される複数の周波数成分を前記受信信号から抽出することにより、各周波数に対応する前記等周波数受信信号を取得する、物標検出装置。
In the target detection device according to claim 12,
The received signal processing unit
A target detection device that acquires the same frequency reception signal corresponding to each frequency by extracting a plurality of frequency components extracted at different frequencies from the reception signal.
請求項12に記載の物標検出装置において、
前記受信信号処理部は、
前記受信信号の周波数スペクトルを算出し、
前記周波数スペクトルに基づいて、各周波数に対応する前記等周波数受信信号を取得する、物標検出装置。
In the target detection device according to claim 12,
The received signal processing unit
The frequency spectrum of the received signal is calculated and
A target detection device that acquires the same frequency reception signal corresponding to each frequency based on the frequency spectrum.
請求項12ないし14の何れか一項に記載の物標検出装置において、
前記受波アレイは、複数の受波素子を含み、
前記受信信号処理部は、前記各受波素子から生じる受信信号に基づいてビームフォーミングを実行し、前記ビームフォーミングに基づいて、前記物標からの前記反射波の到来方向を算出する、物標検出装置。
In the target detection device according to any one of claims 12 to 14,
The receiving array includes a plurality of receiving elements and includes a plurality of receiving elements.
The received signal processing unit executes beamforming based on the received signal generated from each of the receiving elements, and calculates the direction of arrival of the reflected wave from the target based on the beam forming, target detection. apparatus.
請求項11ないし15の何れか一項に記載の物標検出装置において、
前記受波アレイは、複数の受波素子を含み、
前記受波アレイは、前記送波アレイと異なり、
前記各受波素子から生じる受信信号に基づいて生成される受信ビームが、前記送波アレイにより生成される送信ビームと交差する、物標検出装置。
In the target detection device according to any one of claims 11 to 15.
The receiving array includes a plurality of receiving elements and includes a plurality of receiving elements.
The wave receiving array is different from the wave transmitting array.
A target detection device in which a received beam generated based on a received signal generated from each of the receiving elements intersects a transmitting beam generated by the transmitting array.
請求項1ないし16の何れか一項に記載の物標検出装置において、
前記物標検出装置は、水中の物標を検出するソナーである、物標検出装置。
In the target detection device according to any one of claims 1 to 16.
The target detection device is a target detection device that is a sonar that detects a target in water.
請求項1ないし16の何れか一項に記載の物標検出装置において、
前記物標検出装置は、空中の物標を検出するレーダである、物標検出装置。
In the target detection device according to any one of claims 1 to 16.
The target detection device is a target detection device that is a radar that detects a target in the air.
電気信号を送信波に変換する複数の送波素子を有する送波アレイから送信波を送波させて物標を検出する物標検出方法において、
前記送信波の送波のために前記送波アレイは、
前記複数の送波素子が第1のグループ構成および第2のグループ構成を含む複数のグループ構成に従ってグループ化され、
前記第1のグループ構成では、n個の前記送波素子をそれぞれ有する複数のグループに前記複数の送波素子がグループ化され、
前記第2のグループ構成では、前記n個とは異なるm個の前記送波素子をそれぞれ有する複数のグループに前記複数の送波素子がグループ化され、
前記物標検出方法は、
電気信号の第1の組および前記第1の組と異なる電気信号の第2の組とを含む複数の組の電気信号を、前記組ごとに位相の設定を相違させて生成し、
前記第1のグループ構成の各グループに、前記第1の組の電気信号を入力し、
前記第2のグループ構成の各グループに、前記第2の組の電気信号を入力する、物標検出方法。
In a target detection method for detecting a target by transmitting a transmitted wave from a transmission array having a plurality of transmitting elements that convert an electric signal into a transmitted wave.
Due to the transmission of the transmitted wave, the wave array is
The plurality of wave transmitting elements are grouped according to a plurality of group configurations including a first group configuration and a second group configuration.
In the first group configuration, the plurality of transmitter elements are grouped into a plurality of groups each having n of the transmitter elements.
In the second group configuration, the plurality of transmitting elements are grouped into a plurality of groups each having m of the transmitting elements different from the n.
The target detection method is
A plurality of sets of electric signals including a first set of electric signals and a second set of electric signals different from the first set are generated by different phase settings for each set.
An electric signal of the first set is input to each group of the first group configuration.
A target detection method in which the second set of electric signals is input to each group having the second group configuration.
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